注意：我最初为这个问题的Stack Overflow 副本发布了这个答案，然后才意识到这里也有人问过这个问题。它有些重复pichenettes 的答案，但我觉得它仍然值得在这里（重新）发布，因为它包含一些额外的细节。（这些细节是否有用，我会留给你和OP来判断。）

如果您知道您的信号是纯正弦波，则可以使用过零检测。正弦波的每个周期将有两个过零：一个从负到正，一个从正到负。这将比尝试做一些像傅里叶变换这样的花哨的东西更简单、更有效。

不过，有一些细节需要牢记：

• 信号稍微有偏差是可以的，但如果偏差可能超过信号的幅度，您需要以某种方式对其进行校正。

  您可以在使用模拟高通滤波器进行采样之前执行此操作，也可以跟踪采样信号的移动平均值并将其用作“零电平”进行比较。或者，您可以改为查看连续样本之间差异的零交叉点（对应于信号中每个周期的最大值和最小值）以避免任何偏差问题。

• 如果您的输入（或 ADC）有噪声，则当信号接近零电平时，您的样本可能会在零电平附近随机波动。在这种情况下，天真地比较连续的样本可能会检测到多个过零，而实际上只有一个。

  解决此问题的一种方法是在处理信号之前对其进行平滑处理，但在过零检测器中实现滞后可能更容易、更有效。也就是说，只有当信号下降到某个预设阈值水平 -ε 以下时，您才会检测到正到负交叉，并且只有当信号上升到 +ε 以上时，才会检测到负到正交叉，就像这个伪 C代码：

  boolean isPositive = (firstSample > 0);
  while (running) {
      int signalLevel = getNextSample();
      if (isPositive && signalLevel < -threshold) {
          isPositive = false;
          handleZeroCrossing();
      }
      else if (!isPositive && signalLevel > +threshold) {
          isPositive = true;
          handleZeroCrossing();
      }
  }
  

事实上，您甚至可能根本不需要算法，因为正如下面评论中所指出的，您可以使用简单的施密特触发器在硬件中实现带有滞后的过零检测，该触发器基本上将正弦波输入转换为具有相同频率和（几乎）相同相位的方波信号，您可以将其读取为简单的数字输入。您甚至可以使用施密特触发器的输出直接驱动 MCU 中断引脚。

如果信号是纯正弦且无噪声的，您可以简单地计算正零交叉之间的样本数 - 并将其用作信号周期的估计，从中推断出频率。如有必要，请等待并平均几个时期以获得更可靠的估计。很有可能无需对信号进行采样就可以实现这一点 - 直接通过微控制器的输入引脚和其中一个定时器。

至于相位，嗯，相位相对于什么？

通过回复的共识删除了算法。

正弦曲线的频率估计（在软件中）可以使用自相关来稳健地完成。

中心峰值（滞后 0）将始终是（或）最大值。对于周期性信号，每n滞后一次，您将获得额外的峰值。第二个峰值位置以样本为单位告诉您信号的周期。但是，您不会得到相位信息。

然后，您可以使用已知的相位参考构建自己的相同频率的正弦曲线。然后计算原始信号和参考信号之间的互相关函数。现在，第一个峰值位置将告诉您信号之间的相位差。其中相位 = 2*pi*（样本中的滞后）/（样本中的正弦周期）