1·接口电路设计中不能不注意到人机接口的重要性和目前人机接口的落后现状

    人机交互设备是计算机系统中最基本的设备之一，是人和计算机之间建立联系、交换信息的外部设备，常见的人机交互设备可分为输入设备和输出设备两大类。
　　输入设备是人向计算机输入信息的设备，目前常用的输入设备有：①键盘，人向计算机输入信息的最基本设备；②鼠标器，一种光标指点设备；③触摸屏，一种坐标定位设备，常用于公共查询系统。
　　输出设备是直接向人提供计算机运行结果的设备，目前常用的输出设备有：①显示器，计算机的主要输出设备，它与键盘一起构成最基本的人机对话环境；②打印机，打印机为用户提供计算机信息的硬复制。
　　人机接口是计算St同人机交互设备之间实现信息传输的控制电路。它与人机交互设备一起完成两个任务：①信息形式的转换②信息传输的控制。在入机交互设备与入机接口之间的信息传输中，目前大多采用并行通信方式。
　　键盘由一组排列成矩阵形式的按键开关组成，通常有编码键盘和非编码键盘两种类型。
　　编码键盘中某个键按下后，能够提供与该键相对应的编码信息，它的缺点是硬件设备随着键数的增加而增加；非编码键盘是用较为简单的硬件和一套专用程序来识别按下键的位置，并提供与按下键相对应的中间代码，然后再把中间代码转换成要对应的编码。由于键盘通常排列成矩阵格式，因此可以用硬件或软件的方法对行、列分别进行扫描去查找按动的键。常用的方法有：①行反转法；②行扫描法；③行列扫描法，IBM PC／XT中，对键盘就是采用这种扫描方法。
　　CRT显示器是微机系统中一种最重要的人机交互设备，它可用来显示字符、图形和图像，CRT显示器可分为单色和彩色两种。CRT显示器采用光栅扫描技术，利用CRT中高速电子束的不断扫描来实现屏幕上图形／字符的显示。CRT显示接口的主要任务是：①接受来自计算机(通过系统总线)的欲显示字符的代码；②按规定产生各种有用的定时信息；③取　　出显示字符，按扫描次序换成能控制各个光点的找点信号；④按时产生并加入行同步、场同步以及消引信号．形成“全电视信号”。CRT字符显示接口电路如图5-27所示。
　　然而，尽管随着科技的进步，计算机的计算能力、存储能力和多媒体处理能力都已经有了很大的发展，但是人们使用计算机的方式并没有发生本质的改变。如上所述人机交互方式主要是靠键盘、鼠标和屏幕来完成，这是因为目前计算机的使用方法是按计算机本身的方便而设计的，并不是很符合人们主要依靠语音和视觉的交互习惯。也就是说用户要适应计算机，即“以计算机为中心”的计算模式。人们使用计算机时需要坐到计算机前，即计算机并没有与人们的生活环境融合在一起，仍然是桌面计算(deskt。p)的方式。这样用户到计算机的输入宽带与计算机到用户的输出宽带产生了不平衡，用户的输入宽带远低于计算机输出的宽带。结果计算机软件功能的灵活性与人机交互能力的落后形成了巨大反差。基于此，促使人们不断探索更为自然的人机交互方式和技术手段。
　　(1)无所不在的计算  前施乐公司的首席科学家Mark Weiser早在1991年就提出』“无所不在的计算’’的思想，强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去，让计算机本身从人们的视线中消失，让人们注意的中心回归到要完成的任务本身。虽然目前还很难对“新一代人机界面技术”下一个准确的定义，但我们可以这样理解未来的人机环境，它将是“以人为中心的计算”，即计算机的使用将更加符合人的习惯，建立一个自然人机界面与和谐的人机环境。计算机将“嵌入’’到人们的日常环境(如办公室、住家)和机电设备中，我们与这样的环境交互就像与他人交流一样自然，设备的使用也将更为简便。今后计算机应能听、能看、能说，而且应能“善解人意”，即理解和适应人的情绪或心情。未来计算机的发展要以人为中心，必须使计算机易学好用，使人以语言、文字、图像、手势、表情等自然方式与计算机打交道。
　　(2)信息内容的智能处理信息技术产品逐步进入后PC时代，各式各样的信息家电、网络接入终端以及集成计算与通信功能的产品繁多。易用性、善解人意已逐渐变成信息设备参与市场竞争的关键。甚至一个具有重大创新的知识产权将带动一个新产业。如中文和汉语信息处理，面向信息内容的智能化处理技术，包括文字与语音的识别、翻译、查询、分类、摘要等。这方面的技术突破将极大地推动信息服务业和计算机产业。将信息转变为知识、将信息基础设施发展为知识基础设施是21世纪的重要科研方向。这里，在软件方面要重点解决：数据发掘、知识发现、Intemet网上海量信息的智能化检索和网上软件机器人等。

（3）采用互联时代的语音识别技术  语音识别是新一代人机界面中最重要的技术之一。

　　但到目前从昕写机到电话语音识别，语音识别的应用还不是十分成熟。这种局面将会随着移动无线互联网以及新一代移动通信的发展而产生变化。现有语音技术在未来几年会在嵌入式系统、无线互联网以及语音翻译中应用起来，这对信息产业将产生深刻的影响。将来用户无论是在办公室、家中，还是在旅行的路上都可以通过移动或者固定电话与语音门户网站进行自动对话，倾听语音门户为您提供的服务，得到感兴趣的诸如新闻、天气、航班、酒店、交通、殷市行情和文体娱乐等各种信息，使“浏览”互联网的过程不再局限于计算机。
　　据统计，在日常生活中人类的沟通大约有75％左右是通过语音来完成的，语音无庸置疑地将成为人与计算机等信息设备进行交互的最重要的“人机界面”。语音识别技术的研究工作始于20世纪50年代，经过近半个世纪来的发展，语音识别技术开始走出实验室，进入到社会生活的各个领域。语音听写技术(即大词汇量连续语音识别技术)始终是语音识别研究的核心问题，基于这一技术的产品也是语音识别技术产品在大众中知名度****的一种。在这个领域国内外已经出现了一些商业化的产品，其中比较有代表性的是IBM公司的v，aV0ice和DRAG()N公司的Naturally speaking。语音识别技术的另一重要应用是用在各种设备产品的命令导航中，它使得我们不必再用按钮或遥控器来操作设备，而可以直接用语音下达指令。
　　目前为止，多数的语音产品还没有像人们预期的那样给人机交互方式带来本质性的影响。人们发现语音识别技术产品还存在着很多的问题。如语音听写技术对计算资源和存储资源的要求较高，对于含有日音或非新闻类文本输入的准确率不高。所以能否找到一种“合适的应用”决定了语音识别技术发展的前景。
　　无线移动互联网的服务理念是结合Intemet和移动通信的技术优势，在不受信息源的限制和用户访问时位置限制的同时，以统一的标准向用户提供无处不在的信息网络服务。依托无线移动互联网概念，已经出现了许多新技术，如WAP、移动IP和蓝牙技术等，这三种技术从手机、计算机以及数字设备出发，为我们展现了一个具有无穷想象空间的活动互联世界。各种嵌入式设备的操作过程如下：用手机来采集用户的语音指令并进行前端信号处理，然后利用蓝牙技术把前端处理的中间结果传送到相应的嵌入式设备上，该设备用语音识别芯片进行识别分析之后就可以做出正确的反应。
　　(4)其他研究方向无所不在的计算代表了计算机人机接口的发展方向，它是对以计算机为中心的桌面计算方式的革命。而这种交互方式的实现需要心理学的支持，需要各种计算技术的支持，并逐步体现在新的业界标准接口技术上。计算机本质上是一个可编程的机器，因此人们总期待它有更多的用途且用起来更加方便。我们现在的人机交互方式依旧很机械、很笨拙、很落后，因此，人们一直从不同角度探索更为自然的人机交互方式和技术手段。计算无所不在时代的一个新的研究方向还有如：智能环境，嵌入了多种感知、计算设备的物理空间能够根据上下文识别人的身体姿态、手势及语音等，进而判断出人的意图，来有效提高人们的工作和生活质量；多通道用户界面及人类认知方面的研究，目的是让人们能够在任何时间、任何地点用更自然、高效的方式与互联网上的任何计算装置进行通信和交流的新一代网络用户界面；可穿戴的计算(wearable computing)，士兵身上佩戴了具备感知、通信、防备和进攻能力的装置，与人的智能融合在一起就成为战场上一个灵活完备的作战系统等；信息设备([nil)matl‘orl Apt)liance)、移动计算(Mobile c0mputing)的研究方面，目前已经有一些成果，如自动监控老人的房间，可判断老人出现的意外并及时通知相关人员等。

　　作为新兴的边缘学科，人机接口研究需要多学科的专家和学者协同工作。如着名的麻省理工学院媒体试验室中有搞物理的，也有搞艺术的，而里面的学生大多背景是搞计算机的，感觉是艺术与技术结合的一个很好的研究环境，有条件和能力做一些看起来异想天开的研究与实验。我们相信：在不久的将来，Pc机将成为提供基本的计算服务的智能化的小盒子，该计算服务可以通过Intnet得到实时的服务。你购买的小盒子将包含一个计算代理，它可以根据你的需求在网络上为你找到合适的资源。技术的进步会使每个人都能够使用，而不只是只有技术专家才能使用。实现了上述目标，这才是真正先进、和谐的人机接口设计。
　　2．人机接口设计不是只考虑硬件设计，从某种意义上讲软件接口设计更重要软件接日是人一机之间的信息接口，从某种意义上讲，它比硬件和工作环境更为重要。
　　优化软件接口就是要合理设计和管理人一机对话的结构。对话的结构设计一般可分为初始设计、形式评价和总结评价三个阶段。
　　人类工程学是一门新兴的应用广泛的综合性边缘学科，人类工程学告诉我们：①人在工程学系统中是主体，任何先进的机器都是由人设计并由人操纵的，所以系统工作效率的优劣、安全性，在很大程度上取决于人的工作状况；人类工程学中要研究人对外界信息的感知等性，人对信息的加工、处理及思维能力，人的学习、记忆特性，人的自身约束力等；②人们通过视觉、听觉、触觉等认识外界事物，由大脑产生正确的思考，从而收集外界的信息；3操作者在操纵、监视设备时，从出现信号刺激到采取相应动作，存在一个反应时间。信息在神经系统中的传输，是由不同的感觉信道，传输不同的信息，如视觉系统的单个神经纤维能传输不同的颜色信息，信息的传输速率是一个重要的物理量。因此，设计人机接口，进行人机分工时，要充分发挥人、机的各自特点。可采用“最小****”原则，即人承担的工作量应尽量少或最少(傻瓜操作)，机器分担的工作量应****；在****限度利用机器的同时，充分发挥人的积极因素。人机结合并充分注意人的主导地位，将有效地保证系统的可靠性和寿命。
　　(1)一般人机接口设计的原则  ①媒体****组合，媒体接口的成功并不在于仅向用户提供丰富的媒体，而应在于了解媒体的功能和选择方法的基础上，在相关理论的指导下，在语义层上将各种媒体有机地结合起来以更有效地传递信息。②接口分析与规范，在人机接口设计中，首先应进行接口设计分析，即收集有关用户及其应用环境信息以后，进行用户特性_分析，用户任务分析，记录用户有关系统的概念、术语，这项工作可与应用系统分析结合进行，分析任务中对接口设计要有接口规范说明，选择接口设计类型，并确定设计的主要组成部分。由于人机接口是为适合人的需要而建立的，所以要清楚使用该接口用户的类型，要了解用户使用系统的频率、用途及对用户的综合知识和智力的测试，这些均是用户设计中的内容。在此基础上产生任务规范说明，进行任务设计。任务设计的目的在于重新组织任务规范说明以产生一个更有逻辑性的编排。设计应精心地分别给出人与计算机的活动，使设计者较好地理解在设计一个接口时所遇到的问题，这样形成系统操作手册、训练文件和用户指南的基础。在考虑用户工作方式及系统环境和支持等因素下，精心任务设计。任务确定之后，要决定接口类型。目前有多种人机接口设计类型，各有不同的品质和性能，因此设计者要了解每种类型的优点和限制。大多数接口使用一种以上的设计类型。③图标，用图像代表功能非常容易学，容易用(鼠标操作)，语言独立性强，编程较容易，有形成国际会话语言的趋势：但占用屏幕可观的空间，表达抽象概念描述力差，需文字解释，需图形硬件和软件支　　持。④表格填写，使用速度快、易用、容易掌握，仅适合于数据输入，是普通资料录入中用得****泛的会话类型，用于显示和恢复接口，编辑初始接口。⑤命令语言(单字命令到复杂语法的命令)，使用功能强，灵活，是接口可控制系统的****方法，对屏幕空间使用十分经济但学习困难(学习代码和语言条款)，用户需要系统功能的某些知识，使用困难，研究该接口工作量大。⑥自然语言，自然的交流难于编程实现，语言识别困难，会出现二义性，输入慢，在有限制的问题中使用，可用于用户发出的会话。
　　(2)人机交互菜单屏幕设计的一些准则①按任务语义来组织菜单(单一菜单、线状序列、树状结构、非循环和循l环的网络结构；②广而浅的菜单树优先于窄而浅的菜单树：③用图形、数字或标题来显示位置；④用选项名称来做树的标题；⑤根据含义将选项分组、排序；⑥选项力求简短，以关键词开始；⑦语法、布局、用词前后一致；⑧允许超前键人、超前跳转或其他快捷方式，允许跳转到前层的菜单和主菜单；⑨考虑联机求助、新颖选择机制、响应时间、显示速率和屏幕尺寸。
　　(3)人机交互对错误的处理在一个交互系统中，由于操作者的个人原因，经常会产生误操作，包括键入错误、数据输入错误等；同样，在用户编制的程序或设备连接时也可能会有错误。一个好的交互系统不能要求操作者不犯错误，但应该具有较强的处置各种错误能能力，除了在软件设计时注意各种容错机制、鲁棒性技术及各种诊断措施以外，在计算机用户接口上应提供各种避免用户操作错误的提示及各种错误信息的分析。
　　1)资料录入错误。在各类数据处理软件中，资料录入的错误是经常发生的薄弱环节为了减少用户在录入时的错误，应采用一系列措施。①对用户输入在屏幕上予以“回答”
　　②对用户在屏幕上的交互输入，应提供暂存文件以记录全部输入，以便全部数据输入完后或临时需要时进行检查和确认；③对用户各种输入应提供检查；④对于数据库中的重要资料必须进行严格的复查核对。
　　2)控制输入。控制输入的内容与用户接口的风格、控制方式有关。在有的菜单选项用户接口上，往往提供一组编号菜单项，用户输入一个号码后，立即可进入该号指定的项目，采用这种方法虽然可以减少按键，提高操作效率，但在误按号码后将会引起错误。为此，设计时应该：④对错误命令应提供反馈信息，告诉用户正确的命令格式及参数；②对文件操作的命令只对该文件的副本进行，以便在必要时仍可从文件的原稿中恢复；③对一些影响重大的命令需要由用户再次确认；⑧建立命令的历史文件，这是对系统进行恢复的最有效措施，它对于不同开发阶段的错误情况获取都是有用的。
　　3)错误信息。如何向用户提供确切的错误信息是系统设计中的一个重要问题。一个好的用户接口，不仅应该具有容错、检错的能力，而且在错误出现后，应让用户清楚了解其错误的性质和位置，以便由用户克服其错误，下面是有关错误信息的设计原则：①尽可能使错误信息准确和定位；②应指明用户针对这类错误应如何做；③语言应简洁、明确，尽可能用通俗易懂的词汇；④对于错误信息应该根据系统的实际情况进行分层提示；⑤应保持错误信、。4）．人机接口设计的评价。评价是人机接口设计的重要组成部分，但往往被设计者忽视。通常评价在最后产品上进行，但若在系统设计初期就进行，或对原型进行评价，就能及早发现设计缺陷，避免人力、物力的浪费。对接口设计的质量评价通常可用四项基本要求衡量：①接口设计是否有利于用户目标任务的完成?②接日学习和使用是否容易?③接口使；效率如何?④设计的潜在问题有哪些?而对接口的总体设计和具体功能块设计，则可用上面提到的各类接口设计准则根据其应用对象进行综合测试。具体要求的接口品质，可按照以下几项参考：①适应性；②有效性；③易学习性；④系统设备及功能使用面；⑤用户满意程度。接口评估采用的方法已由传统的知觉经验的方法，逐渐转为科学的系统的方法进行。传统经验方法有如下几种：①实验方法；②监测方法，即观察用户行为；③调查方法。
　　总之，人机交互技术是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息，回答问题等。人机交互技术是计算机用户界面设计巾的重要内容之一。它与认知学、人机工程学、心理学等学科领域有密切的联系。而人机合一是电脑领域的世界性技术难题，也就是使计算机为使用方式更加简单和人性化，不必受到机器的束缚。以往必须通过键盘来操作计算机的传统方式将被****改变，因此被认为是人机交互技术的一项重大突破。