я бы попробовал на каждые 4 канала поставить по 1 Cortex-M3 который бы оцифровывал сигнал датчиков и по таблицам принимал решение о совпадении с 16 уровнями а потом результат помещал в в какойто i/o порт. едиственный момент в котором я неуверен - это время оцифровки для встроенных ADC.