前言

随着全球科技竞争的加剧，基于Arduino和MATLAB的协同开发技术正逐步成为智能硬件和物联网领域的主流趋势。其中，Arduino作为一款灵活、易用的开源硬件开发平台，其全球社区不断壮大，吸引了来自不同国家和地区的开发者、教育者和创新者，这些用户通过Arduino平台，能够快速将创意转化为现实。同时，MATLAB作为一款功能强大的数学计算、仿真和分析软件，在科学研究、工程设计和教育教学中扮演着重要角色。MATLAB与Arduino的协同开发，简化了数据采集、处理和可视化的过程，提高了系统设计的效率和精度，在智能制造、物联网、人工智能等领域具有广泛的应用前景。

本书全面而深入地介绍Arduino电子系统设计及其与MATLAB协同开发技术，通过丰富的实战案例和详细的步骤说明，帮助读者从零开始掌握Arduino编程、硬件接口应用以及如何通过MATLAB进行高级数据处理与系统仿真，进而实现复杂电子系统的设计与开发。

第1、2章为入门篇。首先引导读者认识Arduino平台，通过揭秘Nano核心板，让读者初步了解其内部结构，并通过一系列入门级的实战项目，让读者亲身体验Arduino编程的乐趣，熟悉Arduino IDE的编程特点。

第3~9章为基础篇，深入讲解Arduino程序设计的各个方面，包括Arduino程序设计基础、数字引脚资源应用设计、计时资源应用设计、模拟信号测量应用设计、I2C和SPI通信资源应用设计、自带与外扩存储资源的设计以及外扩模拟信号输出的设计等。每章都通过多个实战项目，帮助读者掌握相关技术和方法，并提供了丰富的拓展练习巩固所学知识。

第10~14章为综合篇。第10章专注于Arduino与PC协同设计，详细介绍了UART通信功能及其在Arduino与MATLAB之间的数据传输应用； 第11章专注于MATLAB与Arduino协同设计，详细介绍了如何在MATLAB中创建串口对象并配置其属性，以及如何通过MATLAB向Arduino发送字符命令和二进制数据，并接收来自Arduino的字符编码数据和二进制数据帧； 第12章通过Arduino实现快速傅里叶变换的实战案例，展示了Arduino在信号处理领域的潜力； 第13章聚焦于简约型红外通信链路设计，通过理论讲解与实战操作相结合的方式，介绍了红外通信的基本原理、设计思路和实现方法； 第14章是本书的重点部分，详细介绍了Arduino与MATLAB协同的超声雷达设计，首先明确了问题和目标，然后提出了系统的整体设计方案，并详细阐述了硬件和软件的设计实现过程，便于读者深入理解Arduino与MATLAB协同工作的优势和技巧。

相较于已有书籍和文献资料，本书具备以下显著特色。

(1) Arduino与MATLAB协同设计的突出理念。本书特别强调Arduino与MATLAB的联合使用，旨在融合Arduino在硬件交互方面的卓越优势与MATLAB在数据处理上的强大功能，实现二者的优势互补。目前，市场上鲜有书籍或资料系统地探讨这一协同设计理念及其实践案例。本书则通过丰富的案例，详细阐释了Arduino与MATLAB协同进行电子系统设计的具体方法，填补了这一空白。

(2) 实践导向的问题解决思路。本书强调从工程问题的实践角度出发，不仅深入剖析解决问题的原理与思路，还手把手地传授了软硬件协同解决问题的具体方案。在每个案例之后，本书均总结了设计调试的经验教训，旨在启发读者举一反三，将所学知识应用于未来实际问题的解决之中。

(3) 新颖实用的技术方案与案例。本书收录了一系列技术方案新颖、实用性强的案例和解决方案。其中不乏编者已申请专利保护的技术创新，这些案例不仅反映了电子系统设计的最新趋势，而且具有很强的实用性和可操作性，读者稍作改进即可应用于自己的实验验证或电子系统设计中。

(4) 低成本实验材料与代码公开。为便于读者复现自学，本书涉及的实验采用了成本低廉、易于采购的实验材料，如面包板、硬材质导线等。同时，书中公开了全部案例的源代码，使读者能够迅速搭建实验环境，高效掌握电子系统设计的精髓。

本书的撰写分工如下。王涛负责全书的组织编写，包括构思策划、人员分工、实验设计、提供实验设备平台等工作。李平负责本书第4、5、6、13章内容的编写，包括应用背景、具体应用案例和实验分析与讨论等，还负责本书的审校工作，确保本书的准确性和规范性； 王明房负责了本书第1、2、3、11、12、14章内容的编写工作，包括应用背景、具体应用案例和实验分析与讨论等； 二人共同负责第7~10章内容的编写。另外，石超宇参与第1、7、10、11、13章的编写，杨丹丹参与第1、13章的编写，罗程参与第1、3章的编写。在此，特向参与编纂的各位同仁致以诚挚的谢意，他们的卓越贡献与不懈追求，是本书成功问世的重要基石。 

鉴于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者提出宝贵的意见和建议，帮助本书不断改进和完善。

编者2025年5月