4. 接口协议基础：UART、I2C、SPI、GPIO 在售货机中的应用场景
做售货机主控选型，说白了就是选「怎么跟外面那些零件说话」。你想想看，一个售货机里，有硬币器、有电机、有显示屏、有温度传感器……它们各自说着不同的「方言」。主控芯片要是不会这些方言，那机器就是个摆设。
我个人习惯，在定方案之前，先把要用到的接口协议捋一遍。这步走对了，后面画原理图、调驱动，能省一半的功夫。今天咱们就聊聊 UART、I2C、SPI、GPIO 这四位「老熟人」，在售货机里到底怎么用。
4.1 UART：老当益壮的串口通信
UART，全称通用异步收发器。说白了就是一根线发、一根线收，地线共地，三根线搞定。它最大的优点就是简单，几乎所有的单片机都有 UART 外设。
在售货机里，UART 最常见的场景就是和「钱箱」打交道。
- 硬币器 / 纸币器：这些设备几乎清一色用 UART 通信。我记得有一次调试一个硬币器，协议里规定波特率是 9600，8 位数据，无校验。结果死活收不到数据。后来拿示波器一看，原来是硬币器那边把 TX 和 RX 接反了。嗯，这种低级错误，犯过一次就记住了。
- 串口打印机：小票打印，也是 UART。波特率通常 115200，数据量不大，但要求稳定。
- 蓝牙 / WiFi 模块：比如 ESP8266 或者 HC-05，跟主控通信也是走 UART。主控发 AT 指令，模块返回结果。
UART 的缺点也很明显：只能点对点。一个 UART 口只能接一个设备。要是接多个，得用软件模拟或者加多路复用器，麻烦。
4.2 I2C：两线制，挂一堆从机
I2C 只有两根线：SCL（时钟）和 SDA（数据）。所有设备都挂在这两根线上，靠地址区分。这个特性，在售货机里简直太实用了。
我建议，凡是「传感器」类的设备，优先考虑 I2C。
- 温度传感器：比如 SHT30、LM75，都是 I2C 接口。货道里放几个，监测饮料温度是否达标。
- EEPROM：存配置参数、销售记录。24C02 这种经典芯片，I2C 接口，便宜又好用。
- RTC 实时时钟：DS3231 或者 PCF8563，记录交易时间。售货机断电了，时间不能丢。
- IO 扩展芯片：比如 PCF8574，用 I2C 扩展出 8 个 GPIO。主控引脚不够时，这招很管用。
I2C 的速度一般 100kHz 或 400kHz。对于传感器和存储来说，完全够用。但你要是想传音频、视频，那还是算了。
4.3 SPI：快，是真的快
SPI 是四线制：SCK（时钟）、MOSI（主出从入）、MISO（主入从出）、CS（片选）。它比 I2C 快得多，而且全双工，收发可以同时进行。
在售货机里，SPI 主要用在「大流量数据」的场景。
- LCD 显示屏：尤其是 TFT 彩屏，刷新一帧画面需要传大量像素数据。SPI 的速率可以跑到几十 MHz，刷屏不卡顿。我做过一个 2.8 寸屏，用 SPI 接口，320x240 分辨率，刷新率能到 30fps。
- SD 卡：存储日志、广告图片、固件升级包。SD 卡支持 SPI 模式，虽然不如 SDIO 快，但胜在接口简单。
- 高速 ADC：比如检测电流、电压的模拟量，需要高速采样时，SPI 是首选。
SPI 的缺点呢？线多。每加一个从机，就得加一根 CS 片选线。主控引脚不够的话，得用译码器。
4.4 GPIO：最基础，也最灵活
GPIO，通用输入输出。它不是什么协议，但却是所有协议的基础。UART、I2C、SPI 的底层，本质上都是在操作 GPIO。
在售货机里，GPIO 直接控制「物理动作」。
- 电机控制：货道里的弹簧电机，用 GPIO 控制继电器或者 MOS 管。高电平转一下，低电平停。就这么简单。
- 按键检测：选货按键，每个按键接一个 GPIO，检测电平变化。注意要加去抖处理，不然按一下会触发好几次。
- LED 指示灯：电源指示、故障报警，GPIO 直接驱动 LED，串个限流电阻就行。
- 门锁检测：售货机门是否关好，用 GPIO 读一个微动开关的状态。
GPIO 还有一个妙用：模拟其他协议。比如主控没有 I2C 外设，可以用两个 GPIO 模拟 I2C 时序。虽然效率低点，但应急完全够用。
4.5 四种接口的对比与选型建议
说了这么多，咱们来张表，一目了然。
| 接口 | 线数 | 速度 | 通信方式 | 售货机典型应用 |
|---|---|---|---|---|
| UART | 2（TX/RX） | 慢（通常 9600~115200 bps） | 点对点，异步 | 硬币器、打印机、蓝牙模块 |
| I2C | 2（SCL/SDA） | 中（100kHz~400kHz） | 多从机，半双工 | 温度传感器、EEPROM、RTC |
| SPI | 4（SCK/MOSI/MISO/CS） | 快（几 MHz~几十 MHz） | 多从机，全双工 | TFT 屏、SD 卡、高速 ADC |
| GPIO | 1 根起 | 取决于软件 | 自定义 | 电机、按键、LED、门锁 |
选型建议：
- 跟「钱」有关的设备（硬币器、打印机），用 UART。稳定，协议成熟。
- 跟「环境」有关的设备（温度、时间、存储），用 I2C。省线，能挂多个。
- 跟「显示」有关的设备（彩屏、SD 卡），用 SPI。速度快，不卡顿。
- 跟「动作」有关的设备（电机、按键、灯），用 GPIO。直接，简单。
好了，这一章咱们把四种接口在售货机里的应用场景捋了一遍。下一章，我会聊聊主控芯片的选型——到底选 STM32、ESP32 还是国产芯片？到时候见。