單片機(jī)與傳感器的高效連接是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。模擬傳感器（如溫度傳感器、壓力傳感器）需通過 A/D 轉(zhuǎn)換接口與單片機(jī)相連，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮信號放大、濾波等預(yù)處理電路，確保轉(zhuǎn)換精度；數(shù)字傳感器（如數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11）可直接通過 I2C、SPI 等數(shù)字接口與單片機(jī)通信，簡化硬件設(shè)計(jì)。此外，還有特殊接口的傳感器，如超聲波傳感器通過定時(shí)器測量脈沖時(shí)間計(jì)算距離，紅外傳感器輸出高低電平信號觸發(fā)單片機(jī)中斷。在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，單片機(jī)同時(shí)連接溫濕度、光照、PM2.5 等多種傳感器，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并上傳至服務(wù)器，為決策提供依據(jù)。合理的傳感器接口設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的控制能力，拓展應(yīng)用場景。從簡單的計(jì)算器到復(fù)雜的機(jī)器人，單片機(jī)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。AD7533KR

    當(dāng)單片機(jī)內(nèi)置 I/O 口數(shù)量不足時(shí)，需進(jìn)行擴(kuò)展。常見的擴(kuò)展方法有并行擴(kuò)展和串行擴(kuò)展兩種。并行擴(kuò)展通過地址總線和數(shù)據(jù)總線連接 I/O 擴(kuò)展芯片（如 8255A），可同時(shí)擴(kuò)展多個(gè) I/O 口，但占用資源較多；串行擴(kuò)展則通過 SPI、I2C 等串行總線連接擴(kuò)展芯片（如 MCP23S17、PCF8574），占用引腳少，但數(shù)據(jù)傳輸速度較慢。例如，在一個(gè)需要連接多個(gè)按鍵和 LED 的系統(tǒng)中，可使用 I2C 接口的 PCF8574 擴(kuò)展 8 個(gè) I/O 口，通過兩線（SDA、SCL）即可實(shí)現(xiàn)通信。此外，還可利用單片機(jī)的 GPIO 模擬串行通信協(xié)議，進(jìn)一步靈活擴(kuò)展 I/O 功能。ADM7154ACPZ-3.3-R7單片機(jī)在醫(yī)療設(shè)備中也有應(yīng)用，比如可控制小型血糖儀的數(shù)據(jù)采集和顯示，保障測量準(zhǔn)確性。

    隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)呈現(xiàn)出高性能、低功耗、集成化、智能化的發(fā)展趨勢。一方面，32 位甚至 64 位單片機(jī)將逐漸成為主流，更高的主頻和更大的存儲容量支持復(fù)雜算法運(yùn)行，如邊緣計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)模型部署；另一方面，納米級制造工藝使單片機(jī)功耗進(jìn)一步降低，滿足電池供電設(shè)備的長續(xù)航需求。集成化方面，單片機(jī)將集成更多功能模塊，如 Wi-Fi、藍(lán)牙、GPS 等通信模塊，以及 MEMS 傳感器，減少外圍電路設(shè)計(jì)。智能化趨勢下，單片機(jī)將具備自主學(xué)習(xí)能力，通過內(nèi)置 AI 算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能分析與決策，例如智能家居設(shè)備自動(dòng)學(xué)習(xí)用戶習(xí)慣，優(yōu)化控制策略。未來，單片機(jī)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級。

    中斷系統(tǒng)使單片機(jī)能夠在執(zhí)行主程序時(shí)響應(yīng)緊急事件，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。當(dāng)外部中斷源（如按鍵、傳感器）或內(nèi)部中斷源（如定時(shí)器溢出）產(chǎn)生中斷請求時(shí)，單片機(jī)暫停當(dāng)前程序，保存現(xiàn)場（如 PC 值、寄存器狀態(tài)），轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序（ISR），執(zhí)行完畢后恢復(fù)現(xiàn)場繼續(xù)執(zhí)行主程序。例如，在一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，當(dāng) ADC 轉(zhuǎn)換完成時(shí)觸發(fā)中斷，單片機(jī)立即讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并進(jìn)行處理。中斷系統(tǒng)的優(yōu)先級管理機(jī)制可確保高優(yōu)先級中斷優(yōu)先處理，避免關(guān)鍵任務(wù)被延遲。在 STM32 單片機(jī)中，中斷向量表和 NVIC（嵌套向量中斷控制器）提供了強(qiáng)大的中斷管理能力。新型單片機(jī)不斷涌現(xiàn)，它們往往集成了更多先進(jìn)功能，如藍(lán)牙模塊，方便設(shè)備的無線連接。

    醫(yī)療設(shè)備對精度和可靠性要求極高，單片機(jī)在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，血糖儀通過單片機(jī)處理血液樣本的電化學(xué)信號，快速計(jì)算出血糖值；輸液泵通過單片機(jī)精確控制藥液流速，避免人工調(diào)節(jié)誤差。在監(jiān)護(hù)設(shè)備中，單片機(jī)采集心電、血壓、血氧等生理信號，進(jìn)行濾波和分析，并通過顯示屏或通信接口輸出。便攜式醫(yī)療設(shè)備（如智能手環(huán)、體溫貼）則利用低功耗單片機(jī)實(shí)現(xiàn)長時(shí)間監(jiān)測。例如，德州儀器的 MSP430 系列單片機(jī)因其較低功耗特性，廣泛應(yīng)用于可穿戴醫(yī)療設(shè)備。專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的單片機(jī)，內(nèi)置無線通信模塊，能輕松實(shí)現(xiàn)智能家居設(shè)備間的互聯(lián)互通。ADUM3190SRQZ

憑借體積小、功耗低、成本低等優(yōu)勢，單片機(jī)在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。AD7533KR

    低功耗設(shè)計(jì)是便攜式設(shè)備和電池供電系統(tǒng)的關(guān)鍵需求。單片機(jī)的低功耗設(shè)計(jì)可從硬件和軟件兩方面入手。硬件上，選擇低功耗單片機(jī)（如 MSP430、STM32L 系列），合理設(shè)計(jì)電源管理電路（如采用 LDO 或 DC-DC 轉(zhuǎn)換器），并減少外部組件功耗（如使用低功耗傳感器）。軟件上，優(yōu)化程序代碼，減少 CPU 活動(dòng)時(shí)間，如采用中斷驅(qū)動(dòng)代替輪詢方式；合理使用單片機(jī)的睡眠模式（如待機(jī)模式、停止模式），在不需要工作時(shí)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，只保留關(guān)鍵功能運(yùn)行。例如，在一個(gè)電池供電的無線傳感器節(jié)點(diǎn)中，單片機(jī)平時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)傳感器檢測到事件時(shí)喚醒單片機(jī)，處理數(shù)據(jù)并發(fā)送后再次進(jìn)入休眠，可大幅延長電池壽命。AD7533KR