嵌入式系统的低功耗设计需要全面分析各方面因素，统筹规划。在设计之初，各个因素往往是相互制约、相互影响的，一个降低系统功耗的措施有时会带来其他方面的“负效应”。因此，降低系统整体功耗，需要仔细分析和计算。本文从硬件和应用软件设计两个方面，阐述一个以单片机为核心的嵌入式系统低功耗设计时所需考虑的一些问题。
低功耗单片机系统的设计策略是嵌入式领域中的重要课题，特别是在电池供电的便携式设备中，延长电池寿命对于系统效率至关重要。本文主要从硬件和软件两个角度探讨了如何实现低功耗设计。
硬件设计方面，选用低功耗的CPU内核是一个关键步骤。设计师应遵循“够用就好”的原则，避免过度追求高性能而选择复杂度高的内核。简单的8位机可能就能满足需求，而复杂的16位机虽然功能强大，但功耗也会相应增加。此外，选择低电压供电的单片机可以显著降低功耗。随着半导体工艺的进步，供电电压逐渐降低，例如从5V到3.3V、3V、2V甚至更低。然而，尽管电压降低可以减少工作电流，但微小尺寸的晶体管可能导致漏电流增大，这也是需要考虑的因素。低功耗模式是另一个硬件节能手段，包括等待模式和停止模式，它们能大幅降低功耗，尤其是在停止模式下，CPU几乎不消耗电流。进入深度停止模式时，系统功耗可降至极低，但需注意数据保存和唤醒机制的设计。
软件设计方面，低功耗策略主要包括智能的电源管理算法和优化的程序执行流程。开发者应考虑如何在不牺牲性能的前提下，减少不必要的计算和I/O操作，以降低CPU活动和功耗。例如，适时地进入低功耗模式，以及在系统空闲时关闭不必要的外设和模块。此外，软件应能有效地处理唤醒事件，以便在需要时快速恢复运行，同时最小化唤醒过程中的能量消耗。
时钟方案的选择对功耗影响显著。降低系统总线频率可以减少运行电流和漏电流。使用低频率的内部时钟或者外部低频晶振可以显著降低待机功耗。此外，合理的时钟管理系统能够根据系统需求动态调整时钟速度，从而在不影响功能的前提下节约能源。
低功耗单片机系统设计需要综合考虑CPU选型、供电电压、低功耗模式利用以及时钟策略。硬件和软件的协同优化是实现高效低功耗的关键。设计师必须平衡性能和功耗之间的关系，通过精细的设计和计算来确保系统的运行成本和电池寿命得到最大化。在嵌入式系统设计过程中，低功耗设计不仅是技术挑战，也是提高产品竞争力的重要途径。
