便携系统的用户接口设计

有许多方法从一个计算机平台输入或输出信息。在大多数情况下是由应用来决定什么是最适合的用户接口方式。选择的范围可以是标准键盘或小型键盘、光笔、触摸屏，甚至是语音输入。还包括和机器集成在一起的点击式输入设备，如触摸垫（touch pad）、小型鼠标、点击棒（pointing stick）等。将来，也许会有其他更有趣的设备。

决定选择这些方法的主要因素是成本和接口的方式。如果成本不是一个主要考虑的因素，那么，几乎所有的接口方式都可以被选用。语音识别应该是最难实现的一种输入方式，但如果不考虑成本，则可以极大地提高处理器的处理能力来解决这个问题。

接口形式的影响

在用户接口选择中，接口的形式也是一个重要的考虑因素。语音输出需要扬声器，而语音输入需要话筒，这些又会直接影响到成本。多数的语音识别商家都认为推广语音识别的最大问题就是缺乏高质量的话筒。

应用本身对于选择接口形式也有很大影响。究竟用户是要浏览Internet,还只阅读简单的文本，或者是用彩色LED屏来显示输出？这些都是在设计阶段中需要明确回答的问题。不幸的是，在设计便携式系统时，接口的形式（以及有关的预算）经常不是在设计的开始就决定的。

在使用点击式输入器件时，要注意使用同样传感器的点击器件会有不同的性能。因为决定性能的不仅是传感器的技术，还和控制固件和外围电路有关。这就是为什么两个使用同样触摸垫传感器的厂家的产品会有不同性能的原因。

点击棒

在设计嵌入式点击输入设备时，有些基本的规则必须遵守。首先，为了减少电路的噪声，必须仔细的接地，不要使用公共的数字地和模拟地。另外，元件之间的连线要尽可能短。还有，要使电缆远离强电磁干扰，包括电源和变压器等。

实现棒状输入器件的方法通常是使用应变测量器（strain gauge）。应变测量器包含一小片电阻材料。当电阻材料弯曲时，它的电阻发生变化。测量出这个变化，并用来决定光标的移动。

设计者经常会选用点击棒作为输入器件，点击棒首先由IBM在ThimkPad笔记本电脑中使用。它安装在键盘的中间，实际上不占用任何空间。光标移动的速度取决于加在点击棒上的压力。

但是点击棒的输出信号非常小。因此，需要使用放大器和防抖动技术。如果使用的元件精度不够，就可能得到错误的结果。现在，这种因信号校正电路导致的错误可以通过使用纽约的Usar System公司提出的技术来改正。这时，信号的校正是由使用高精度D/A转换器的固件来处理的。固化在固件中的算法将决定需要什么样的补偿。然后，完成相位的操作。

已给许多笔记本电脑供货的触摸垫制造商Synaprics和IBM联合研究了新一代的点击棒，称为TouchStyk，这是一种电容式的点击棒，并使用IBM为它的Track-point技术所开发的算法。Synaptics的设计者声称他们的TouchStyk比其他相似的技术需要较少的元件。结果使得这种点击棒的电路可以直接制作的印刷电路板上。并且由于模拟信号都集中在一个模块中，受电磁干扰也比较小。这种TouchStyk点击棒预期可以在今年未出现在笔记本电脑、PC键盘，以及游戏机上。

Synaptics的点击棒在5V供电时的标准工作电流是4mA，在没有用户使用的休眠状态电流将低至1mA。等到下一代使用ASIC的产品出现后，工作电流还会大大地降低。

触摸屏

电阻式触摸屏在常见的PDA设备中得到了普遍的使用。最常见的例子来自Palm Computing公司的产品。这个公司的掌上型计算设备结合使用了触摸屏和光笔输入，再加上光符识别软件OCR。触摸屏是在背景LCD的上面Palm产品的背光是由用户在需要时打开的，这样可以延长电池的使用时间。触摸屏的分辨率是由A/D转换器的质量来决定的。

在考虑输出接口时，最重要的因素是在屏幕或者图形用户接口（GUI）上将显示什么信息。不同的应用将有完全不同的要求。如常见MP3播放机和便携式医疗设备或工业管理系统就会有完全不同的要求。最不容易显示的则是来自Internet的信息。如何在屏幕上显示这结信息将直接影响用户的使用习惯和系统的可用性。

由MoJo Designs公司开发的称为Eyelet的工具可以帮助解决以上问题。以Eyelet为基础的接口只要使用128-256kB的存储器，可以使用当前最通用的处理器运行各种常见的实时多任务操作系统（RTOS）。

Eyelet GUI给设计者一组工具，以便创建自己的图形接口。例如运行在Windows系统的Architect工具，可以引导创建嵌入式TUI的过程（见图1），而不需要写任何程序代码。

Eyelet原来是针对触摸屏设计的。但是触摸屏市场并不像许多人所预期的那样发展得很快。MoJo Designs的总裁Morgen Jones认为这主要是两个原因。首先是在图形屏幕上很快地实现良好的用户接口的软件比较少，另一个原因则是因为触摸屏本身的价格。这个价格在过去的三中年内下降了很多，这也许会对市场有效大的推动。

语音输入

对于未来的系统了最有吸引力同时也是最难实现的输入方法是语音识别。人们不一定习惯对着计算机来说话，但语音输入对于设计者会提供许多新的选择，例如，它有可能省去所有的按纽，也就省去了按钮所占用的空间。

语音识别很自然地可以用于无线手机。其原因首先是因为手机中已经有话筒。第二个原因是因为大力提倡提供语音服务。使有具有语音识别能力的手机，用户可以口授命令，而不必看着手机再按按纽。

VerbalTek公司VerbalCommand就是针对手机市场语音识别产品的一个例子。这个工具可以将语音识别产品的一个例子。这个工具可以将语音识别集成到系统而只需要很小的存储容量（小于20kB）和很有限的处理能力（大约2～3MIPS），结果可以得到先进的姓名乎叫功能。VerbalCommand可以用于几乎所有的语言，也能用于具有较强的背景噪声的环境。手机中的语音设备识别系统一般使用大约10%的处理器能力。

VerbalTek公司也提供基他系统终端的语音产品。VerbalWAP是一种语音驱动的数据库查询技术，用于无线Internet接入。在手机这一端，这种技术可以用于微浏览器中，使用呢可以通过语音浏览Web和使用搜索引擎。

在服务器一端，VerbalWAP提供分布式语音识别能力，即使得语音识别可以在客户机/服务器模式下使用。语音识别都是在本地完成的，然后将已识别的信息发送到服务器来进行查询。例如，为了知道纽约的天气，用户只需要说：“天气，纽约城”。当然为了得到这种结果，必须有手机制造商和Internet服务供应商的配合。

触觉传感

一些最新的系统可以通过输入设备为用户提供某种反馈。例如，市场上有一些游戏“方向盘”，当处于很难操纵的情况下，例如当游戏中的汽车以非常高的速度行驶时，就会这种反馈。

Immersion公司正在集中精力从事这方面的研究。Immersion公司的首席执行官Louis Rosenberg说：“我们正致力于在一系列应用中为人机接口加上触觉，这些应用包括从高端的模拟，到计算机游戏，到主流计算机。我们希望在Internet中加上触觉传感器，使得你能感觉Web页面，从而增强教育的内容。”

Immersion公司将来的目标是使触觉在人机接口中能得到普遍的使用，就像今天的图形或声音接口一样的普遍。公司将他们的触觉技术转让给其他的公司，一般用于他们的产品中，诸如赌博机、操纵杆、方向盘和计算机鼠标。该公司甚至将技术转让给德国宝马汽车公司，以便用在他们下一代仪表盘的接口上。

以操纵杆为例。操纵杆将通过USB接口和PC机连接。在操纵杆的内部有传感器、传动装置、马达和处理器。这些部分的组合就可以感和知各种移动。传感器可检测操纵杆的移动，而传动器能检测力的大小。处理器读出传感器和传动器的信号并控制马达产生感觉。处理器还包含软件，不同的应用可使用不同的算法。

如在飞行模拟的应用中，当飞机进入波动气流时，操作杆内的处理器会知道如何产生飞进气流的感觉。当飞机受到敌机攻击时，处理器能产生被击中的感觉。在其他的应用中，如赛车游戏，当进行稳转变时，操纵杆能模拟出向心力的大小。

当Immersion公司的触觉感知（TouchSense）技术和Web内容结合在一起时，特别是和教育结合是另一个有趣的例子。例如当你对学员讲解重力或者弱簧力时，如果能得到感觉，其效果就会很不一样。Logitech公司在设计他们的WingMan反馈式鼠标时就使用了这种触觉感知技术。他们声称，用户在使用WingMan鼠标时能感觉到地形的不平、爆炸、格斗等。

这种技术的支持者说它对于汽车业也会有很大的影响。将来汽车的仪表盘上就不会有各种不同的旋纽和控制，而都会集中到一个LCD显示屏上。这个显示屏会让你控制各种功能，如环境、无线电、GPS、电话号码、等等。现在的汽车上，这些功能控制分别有不同的旋纽，各种有传感器，使用了TouchSense技术后就可以只用一个旋纽。这时驾驶员在操作各种功能时甚至可以眼睛仍然注视着前面的公路。Rosenberg说：“当驾驶员握住这个唯一的旋纽时，取决于LCD显示，它会有不同的感觉。例如显示的是音响，握住的旋纽就可以调节不同的电台，就会有调节电台时的喀、喀、喀的感觉。而当显示电话号码时，旋转旋纽的感觉就会像一个弹簧在放松或压紧，表示翻到不同的号码。

USB对于触觉传感技术是一个合适的接口。Immersion公司一直在和Intel公司和微软公司合作以确保USB可以支持这种技术。在USB规程中有一个人员接口器件类（HID），在HID类中还有一个物理接口子类（PID），这个子类就是用来支持触觉传感器件的。