設計新的電子設備通常歸結為權衡取舍。成本通常與性能不一致。在成本敏感的市場中，例如面向消費者的產品，選擇微控制器或微處理器作為嵌入式系統的核心可能是影響性能的最關鍵決策。通常存在會影響嵌入式系統整體性能的相互競爭的系統特性。對于這篇文章，讓我們考慮以下幾點：

電池壽命

響應能力

熱性能

無線信號范圍和速度

外部外圍組件提供的功能

低功耗設計對于電池供電設備或依賴能量收集技術的設備至關重要。一些初步問題應包括：

現場維護設備的可訪問性如何？可以更換電池嗎？

工作環境如何（溫度范圍、濕度范圍、暴露在陽光下、暴露在化學品中等）？

尺寸和重量限制是多少？

需要什么類型的通信？需要多久發送一次遙測數據？

預計有多少外部設備（傳感器、執行器）會與我們的設備交互？它們的接口是什么？

了解“大局”要求后，就該建立粗略的功率預算了。首先，我們可以將所有外部設備的電流消耗相加。然后是時候查看滿足功能要求的可能的微控制器/微處理器并確定它們的效率了。通常，規格會詳細說明以 uA 為單位的效率，單位為 Hz 的時鐘速度。提前花時間研究和選擇合適的 MCU/MPU——無論是在功能還是性能方面——將大大有助于滿足設計的低功耗要求。一旦我們對預期的活動和空閑功耗有了很好的了解，我們就可以做一些“餐巾紙背面”的數學計算，查看各種電池選項，以估計電池充電將持續多長時間。大學教師' 不要忘記選擇正確的電池化學成分對于本次討論至關重要。例如，鎳鎘 (NiCd) 和鎳金屬 (NiMH) 電池在寒冷氣候下不能很好地保持電量。

解決了總體架構級問題后，就該關注優化嵌入式系統功耗的設計級考慮因素了。硬件和固件需要考慮的一些設計經驗法則包括：

選擇盡可能低的工作電壓。在最長的時間里，5V 是常態，然后是 3.3V。如今，2.7V 和 1.8V 的核心和內存工作電壓并不少見。市場上的一些嵌入式組件低至 0.9V。

在不影響性能的情況下，將核心時鐘速率降低到可能的最低速度。

除了最小的工作電壓外，盡量選擇具有相同工作電壓的組件，以減少對 DC-DC 轉換器和布線多個電源軌的需求。

當心 LED 和液晶顯示器！它們很漂亮并且可以添加功能，但它們可能非常耗電（相對于它們的實用性）。明智地添加 LED。如果需要 LCD，請讓用戶能夠調節亮度。

電路拓撲結構和組件選擇會對您的功率預算產生重大影響。必要時，分壓器、上拉電阻器和下拉電阻器可以消耗電流。確保它們是必要的，并確定它們的大小以使其既有效又高效。

不要只是硬連線外圍設備以使其一直處于啟用狀態。取而代之的是，投入設計時間并預算 MCU 的 GPIO 引腳，以允許固件根據需要打開和關閉外圍設備。

避免在代碼中使用延遲或持續的傳感器輪詢；這會導致無用的時鐘周期，它們在功能上什么都不做，但仍然消耗能量。相反，使用任務調度程序和中斷。

選擇滿足但不超過要覆蓋的距離的通信協議。例如， Zigbee ?將比BLUETOOTH ?更高效。不需要時關閉收音機。不過請務必考慮打開收音機所需的時間。對于低功耗、低數據速率應用，這應該不是什么大問題。

不要讓 GPIO 引腳懸空。

對于帶有內部上拉的 GPIO 引腳，如果不需要，請不要啟用上拉。

降低 I2C 和 SPI 等通信總線的時鐘速率。

模數轉換中使用的電阻器和電容器會消耗相當多的能量。降低 ADC 讀數的頻率，并在讀數之間關閉 RC 網絡。但一定要給電容器足夠的時間在讀取數據之前重新充電。

優化功耗設計不僅僅可以延長電池壽命。更低的功率意味著更少的熱量，從而提高可靠性并降低熱引起故障的風險。最后，一定要驗證您的設計。無論是使用廉價的 USB 功率計、萬用表、焦耳示波器還是能量分析儀，花時間觀察設備在實驗室和現實環境中的功耗。為了使這更容易，請務必在電路板上放置測試點，以便可以測量電流和電壓。

審核編輯黃昊宇