使用单片机实现PWM测量（频率和占空比）的核心思路是通过捕获信号的上升沿和下降沿时间差来计算周期和占空比。以下是详细步骤和示例：

硬件部分

1. 信号输入
   • 将PWM信号连接到单片机的GPIO引脚（需支持外部中断或输入捕获功能）。
   • 若信号电平不匹配（如5V PWM输入3.3V单片机），需加分压电路或电平转换芯片。
   • 若信号噪声较大，可添加RC滤波电路或施密特触发器整形。

软件实现方法

方法1：输入捕获（硬件实现，精度高）

适用场景：STM32、AVR等支持输入捕获功能的单片机。

// 以STM32为例（使用HAL库）
// 配置定时器输入捕获（上升沿和下降沿触发）

uint32_t rise_time = 0, fall_time = 0;
uint32_t high_level_time = 0, period = 0;

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1) {
        if (HAL_TIM_GetCaptureEdge(htim, TIM_CHANNEL_1) == TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING) {
            rise_time = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); // 记录上升沿时间
            __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING); // 切换为下降沿触发
        } else {
            fall_time = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); // 记录下降沿时间
            __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING); // 切换回上升沿触发
            high_level_time = fall_time - rise_time; // 高电平时间
            period = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1) - rise_time; // 周期（需处理定时器溢出）
        }
    }
}

// 计算占空比和频率
float duty_cycle = (high_level_time * 100.0) / period;
float frequency = 1.0 / (period * (1.0 / timer_clock_frequency));

方法2：外部中断 + 定时器（通用方法）

适用场景：Arduino、51单片机等不支持输入捕获的芯片。

// Arduino示例代码
volatile uint32_t riseTime, fallTime, highTime, period;
volatile bool isRising = true;

void setup() {
    pinMode(2, INPUT);
    attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), pwmISR, CHANGE);
}

void pwmISR() {
    if (digitalRead(2) == HIGH) {
        riseTime = micros();
        if (!isRising) {
            period = riseTime - fallTime; // 计算周期
            isRising = true;
        }
    } else {
        fallTime = micros();
        highTime = fallTime - riseTime; // 计算高电平时间
        isRising = false;
    }
}

void loop() {
    float dutyCycle = (highTime * 100.0) / period;
    float freq = 1000000.0 / period; // 频率单位Hz
}

关键注意事项

1. 定时器溢出处理：若信号周期较长，需在中断中累计溢出次数。
2. 抗干扰：软件去抖动（如连续两次检测到跳变才确认）或硬件滤波。
3. 精度优化：使用更高主频的定时器（如STM32的72MHz定时器比Arduino的微秒函数更精确）。
4. 多通道测量：若需同时测量多路PWM，需使用多路输入捕获或分时复用。

扩展功能

• 动态范围自适应：根据信号频率自动切换定时器分频系数。
• 数据平滑：使用滑动平均滤波算法减少噪声影响。
• 协议兼容：支持测量PPM、舵机信号等特殊格式。

通过以上方法，单片机可以稳定测量PWM信号的频率（0.1Hz~1MHz）和占空比（0.1%精度）。具体实现需根据芯片型号调整硬件和代码。