第9章人机接口技术
浅谈智能人机接口技术
浅谈智能人机接口913101140218蒋赟摘要：本文认为，人与机器之间的交互作用向智能化方向发展，即人机接口技术的智能化是人机系统协调配合的必然解决方法。
本文着眼于人机接口技术的智能化，在查阅资料的基础上，主要探讨了基于Agent 的智能人机接口技术和基于事件的专家系统智能人机接口研究。
关键字：人机协调、智能人机接口、Agent、专家系统序言：人、机(计算机、生产及控制设备等)是由两种截然不同的对象，在一定的环境和组织机构中组成的复杂人机系统。
在这样的系统中，人与机器配合工作，各司其职。
人主要从事思维、感知、决策、创造等方面的工作，机器则在生产过程的实施与控制方面发挥作用，或从事由于生理或心理因素人们无法完成的工作。
在复杂的工作环境中，人们常常不自觉地将系统中人与机器之间的有机联系割裂开来，用技术的方法研究机器的作用，用管理学的方法研究人的影响，从而导致了人-机失调的问题。
为了实现人机协调，智能人机接口技术应运而生并蓬勃发展。
智能人机接口是为了建立和谐的人机交互环境，在和谐的条件下实现智能，以智能的目的实现和谐，使人与计算机之间的交互能够像人与人之间的交流一样自然、方便，它对于改善人机交互的友好性，从而提高人们对信息系统的应用水平，以及促进相关产业的发展都具有重要意义。
与一般人机接口相比较，智能接口（Intelligent Interface ）的含义包括：①它是最终用户、领域专家和知识工程师与知识源之间的中间媒介；②它包含计算机硬件和软件；③具有智能特性，即能实现中间人专家所能完成的相同功能。
这个定义表明，首要的关键问题是识别和描述专家在信息处理中的认知功能、所用的知识和技能，然后才能发展模拟这些功能的软件。
正文：控制论的创始人维纳早就指出：“当我们使用有理智的机器的时候，我们自己应该在利用这些机器之前．表现出更大的理智和才能”。
在复杂工业系统中，人与机器的合理分工、协同和集成是有效实施智能管理系统集成及优化技术的关键。
人机接口概述
微型计算机原理与接口技术
1.2人机接口
在人机交互设备与人机接口之间的信息传输中，目前 大多采用并行通信方式，因为在计算机系统内的数据传送 也是采用并行通信方式，这为接口的设计带来方便。另外 在联络方式上大部分采用中断控制方式以实现异步数据传 输。至于在一些要求传输速度高，传输数据量大的情况， 可以采用DMA(直接存储器存取)控制方式。
1.1人机交互设备
2) 打印机。 打印机为用户提供计算机信息的硬拷贝。打印机
最常用的输出形式是字符，也可以是图形或图像的直
常用的打印机有击打式打印机(点阵式和字模式)、 喷墨打印机和激光打印机等，此外还有用于特殊用途
除上述常用的人机交互设备外，在高档微机系统 中还有语音输入输出设备、手写联机输入设备等新型 人机交互设备，可改善人机交互界面，促进计算机在 各领域中的普及与应用。
微型计算机原理与接口技术
人机接口概述
1.1人机交互设备
人机交互设备是指在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 输出设备两类。
1.1人机交互设备
1. 输入设备是向计算机输入信息的设备，常用的输入设
1) 键盘。 这是人向计算机输入信息的最基本的设备。它主要由 按键、键盘架、编码器、接口电路等部分组成。每个按键 相当于一个开关。按键可分为触点式和无触点式两类。常 用的按键有机械触点式、薄膜式、电容式等。
人机接口技术
人机接口技术的挑战
自然交互的挑战：如何实现更自然、更直观的人机交互方式 隐私和安全的挑战：如何保护用户的隐私和数据安全 认知负荷的挑战：如何降低用户的认知负荷，提高用户体验 跨文化差异的挑战：如何适应不同文化背景下的用户需求
人机接口技术的未来发展趋势
脑机接口：利用脑电信号实现人机交互，提高信息传输速度和准确性 智能交互：结合人工智能、大数据等技术，实现更自然、智能的人机交互 可穿戴设备：将人机接口技术与可穿戴设备结合，实现更便捷、个性化的人机交互 虚拟现实技术：利用虚拟现实技术创造沉浸式体验，提高人机交互的逼真度和沉浸感
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计算机时代的人机接口技术：利用 计算机和外部设备，实现更复杂的 人机交互。
未来人机接口技术：随着技术的不 断发展，人机接口技术将更加智能 化、人性化。
人机接口技术的基本原 理
感知与交互原理
感知原理：人机接口技术通过传感器等设备获取用户输入信息，包括视觉、听觉、触觉等多种 感知方式
人机接口技术的作用：人机 接口技术是计算机应用中不 可或缺的一部分，它能够提 高计算机的易用性和可操作 性，同时也可以提高计算机 的效率和准确性。
人机接口技术的发展历程
早期人机接口技术：以机械和电子 设备为基础，实现简单的人机交互。
现代人机接口技术：利用人工智能、 机器学习等技术，实现更加自然、 智能的人机交互。
交互原理：人机接口技术通过计算机程序对用户输入信息进行处理，实现人机交互功能，包括 命令输入、界面设计、语音识别等技术
感知与交互的结合：人机接口技术将感知和交互原理相结合，实现更加自然、高效的人机交互
感知与交互的应用：人机接口技术广泛应用于智能家居、机器人、虚拟现实等领域，提高用户 体验和效率
计算机接口技术第9章人机交互设备接口与常用标准接口
接口标准与规范
接口标准
为了实现人机交互设备的互操作性和兼容性，制定了一系列的人机交互设备接 口标准，如USB、HDMI、DisplayPort等。
规范
人机交互设备接口规范规定了接口的物理特性、电气特性、信号定义、传输协 议等方面的要求，以确保不同厂商生产的设备能够相互连接和通信。
接口技术的发展趋势
性和耐用性。
语音识别技术
01
02
03
04
命令词识别
识别特定关键词或短语，常用 于智能家居和车载系统。
连续语音识别
将自然语言转换为文本，广泛 应用于语音助手、会议记录和
语音搜索等领域。
语音合成技术
将文本转换为语音输出，用于 语音导航、智能客服和虚拟助
手等场景。
情感分析
识别和分析语音中的情感信息 ，有助于更准确地理解用户意
无线化
智能化
随着无线通信技术的发展，无线人机 交互设备接口逐渐成为主流，如蓝牙、 WiFi等无线技术广泛应用于人机交互 设备接口。
随着人工智能技术的发展，人机交互 设备接口逐渐智能化，能够自动识别 和适应不同的设备和场景，提高用户 体验。
高速化
随着多媒体和大数据应用的普及，人 机交互设备接口需要更高的传输速率， 如USB 3.0、HDMI 2.0等高速接口标 准不断涌现。
人机交互设备接口与常用 标准接口
• 人机交互设备接口概述 • 常用标准接口介绍 • 人机交互设备接口技术 • 人机交互设备接口应用案例
01
人机交互设备接口概述
定义与分类
定义
人机交互设备接口是指人与计算机之 间进行信息交换的接口，是实现人机 交互的关键环节。
分类
人机交互设备接口主要分为输入接口 和输出接口，输入接口用于将人的指 令传递给计算机，输出接口用于将计 算机的处理结果反馈给人。
人机交互设备接口技术
鼠标接口
总结词
鼠标接口是一种用于控制光标移动和执行点击操作的人机交互设备接口。
详细描述
鼠标接口通过有线或无线连接方式与计算机或其他电子设备相连。用户通过移动鼠标来控制光标移动 ，并通过点击或双击鼠标按钮执行相应的操作。鼠标接口具有直观、易用和灵活的特点，适用于各种 需要精确控制光标位置和执行点击操作的应用场景。
语音识别接口是一种通过语音输入指令的人机交互设备接口。
详细描述
语音识别接口通过麦克风或其他音频输入设备接收用户的语音指令，并将其转换 为计算机可识别的文本或命令。语音识别接口具有自然、方便和高效的特点，适 用于各种需要快速输入指令和避免手动操作的应用场景。
生物特征识别接口
总结词
生物特征识别接口是一种利用人体生物特征进行身份验证的人机交互设备接口。
医疗诊断系统通过人机交互设备 接口技术，实现医生与医疗设备 的交互，提高诊断的准确性和效
率。
医生可以通过人机交互设备，实 时监测患者的生理参数、医学影 像等数据，快速准确地做出诊断。
该技术有助于提高医疗服务的水 平和质量，为患者带来更好的医
疗体验。
无人驾驶汽车系统
无人驾驶汽车系统通过人机交 互设备接口技术，实现车辆的 自主驾驶和智能化控制。
02
人机交互设备接口类型
键盘接口
总结词
键盘接口是最常见的人机交互设备接口之一，通过按键输入字符、数字和命令。
详细描述
键盘接口通常采用有线或无线连接方式，与计算机或其他电子设备相连。用户通过按键输入字符、数字和命令， 设备接收信号并转换为相应的指令执行。键盘接口具有高效、稳定和可靠的特点，适用于各种需要输入大量文本 和命令的应用场景。
特点
高效性、易用性、标准化、可扩 展性、安全性。
人机界面接口技术
预期目标与挑战
明确了下一阶段的预期目标，同 时分析了可能面临的挑战和困难， 提出了相应的应对策略。
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人机界面接口技术
目 录
• 引言 • 人机界面接口技术基础 • 人机界面接口技术应用 • 人机界面接口技术发展趋势 • 人机界面接口技术挑战与解决方案 • 总结与展望
01 引言
目的和背景
目的
介绍人机界面接口技术的概念、原理 、应用及发展趋势，使读者对该领域 有全面深入的了解。
背景
随着计算机技术的飞速发展，人机界 面接口技术已成为人机交互领域的重 要研究方向，广泛应用于各个领域。
用户意图理解
如何准确理解用户的输入和意 图，是人机界面接口技术的核
心挑战。
多模态交互
实现语音、文字、图像、手势 等多种模态的交互，需要克服 多种技术难题。
智能化水平不足
当前人机界面接口技术在智能 化方面还存在不足，难以满足 复杂场景下的用户需求。
隐私与安全问题
在收集、处理用户数据时，如 何保障用户隐私和数据安全也
是一大挑战。
解决方案及优化建议
引入自然语言处理技术
通过自然语言处理技术，提高对用户输入的理解能力， 使交互更加自然、智能。
深度学习技术
利用深度学习技术，提高人机界面接口技术的智能化水 平，使其能够更好地适应复杂场景。
ABCD
多模态融合技术
将不同模态的信息进行融合，提高交互的准确性和效率 。
加强隐私与安全保护
汇报范围和内容
汇报范围
本次汇报将涵盖人机界面接口技术的概念、原理、应用案例及发展趋势等方面。
内容安排
首先介绍人机界面接口技术的基本概念和原理，然后分析几个典型的应用案例， 最后探讨该技术的发展趋势和未来挑战。具体内容包括但不限于输入输出设备、 交互设计原则、智能语音识别与合成技术、虚拟现实与增强现实技术等。
人机通信智能接口技术简介
3
报告主要内容
• 人机通信的概念 • 人机通信的简要历史 • 什么是人机通信智能接口(HCCI)技术 • HCCI的主要研究方向及相关学术领域 • 典型的HCCI技术简介 • SCUT-HCII实验室部分HCII系统演示
4
什么是人机通信智能接口(HCCI)技术
• 人机交互(Human Computer Interaction, HCI)
Computing ）
– Xerox 公司首席科学家Mark Weiser在90年代初提出了的构想 – 基本思想：随着计算机技术的发展，个人计算机和工作站会逐渐淡化’
消失’，计算会变得无处不在，而这种消失不仅仅是技术发展的直接后 果，而是人类心理的作用。当人类对某些事物掌握得足够好的时候， 这些事物就会成为我们生活不可分的一部分，我们就会慢慢地不觉得 它们的存在。
• 应用：
– 语音导航 – 电子图书 – 人机对话 – 玩具、娱乐…
29
30
5
手势/手语识别
• 手势是人们进行信息交流的一个重要手段 • 手势识别（Gesture Recognition) 是实现自然、直
接人机交互不可缺少的关键技术
• 基于数据手套和基于视觉两种 • 人手是复杂变形体，并且由于视觉本身的不稳定
• Computation and recognition
process may carried out to give corresponding result
• The device is with a LCD display
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26
微软的数字墨水技术
27
笔计算人机交互技术
• 中国科学院软件所HCII
– Eg. 呼吸, 笔纸的使用…
人机接口技术
1）测试有无键按下 图5-41以8255作为键盘接口，各列线的一端接8255的A口，另一端悬空。为 了判断有没有键被按下，可先经A口向所有列线输出低电平，然后再经C口输 入各行线状态。若行线状态皆为高电平，则表明无键按下；若行线状态中有低 电平，则表明有键按下。
图5-41 8255作为键盘接口
2）去抖动 当测试表明有键被按下后，接着就要进行去抖动处理。这是因为键本身是一 个机械开关，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开瞬 间会出现电压抖动现象。在发生抖动时，键是否按下就很难判别，为此需进 行去抖动处理。一种用硬件电路去抖动，例如，如图5-42那样，加接一个RS 触发器，只有开关脱离A而接到B时，触发器才能翻转，才能输出一个稳定的 电平。而软件方法则采用时间延迟以躲过抖动，待信号稳定之后，再进行键 扫描。一般为简单起见，多采用软件方法，大约延时10～20ms即可。
未定义 未定义
定义后，可按下式计算键（码）值： 键值=行值*6+列值
（5）根据键值转移到相应的程序 下面是按照上述顺序以及表的键值编的键盘扫描程序： KEY： MOV DPTR，#6000H
机电一体化
人机接口技术
人机接口是操作者与机电一体化系统（主要是控制微机） 之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以 分为两大类：输入接口与输出接口。系统通过输出接口 向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息。 另一方面，操作者通过输入接口向系统输入各种控制命 令及控制参数，对系统运行进行控制，实现所要求完成 的任务。
人机交互设备接口
Wi-Fi标准
Wi-Fi标准是一种无线局域网标准， 广泛应用于无线互联网接入和数据传 输。
04
人机交互设备接口设计
用户体验设计
用户需求分析
深入了解用户需求，包括目标用 户群体、使用场景、操作习惯等，
以便设计出更符合用户期望的接 口。
易用性
确保人机交互设备接口简单易懂， 减少用户的学习成本，提高操作效 率。
03
人机交互设备接口技术
输入技术
键盘输入
通过物理键盘输入字符、数字和命令， 是最常见的人机交互输入方式。
语音识别输入
利用语音识别技术，将语音转换为文 本或命令，实现自然、便捷的人机交
互。
触摸屏输入
利用触摸屏技术，通过手指或触控笔 直接在屏幕上操作，实现直观、快速 的人机交互。
图像识别输入
通过摄像头或扫描设备捕捉图像，利 用图像识别技术进行识别和解析，实 现个性化的人机交互。
提高数据传输效率。
交互协议与标准
USB接口标准
USB接口标准是常见的数据传输和设 备连接标准，具有广泛的兼容性和应 用场景。
HDMI接口标准
HDMI接口标准是高清多媒体接口标 准，用于连接高清视频源和显示设备。
Bluetooth标准
Bluetooth标准是一种无线通信标准， 用于设备间的无线数据传输和通信。
寻求突破。
应用场景的多样化需求
总结词
应用场景的多样化需求
详细描述
人机交互设备接口的应用场景越来越广泛， 包括智能家居、智能汽车、智能医疗等。不 同的应用场景对设备接口的要求不同，需要 针对不同场景进行定制化设计和优化，以满 足多样化的需求。
用户体验的优化与改进
总结词
人机接口
西北师范大学计算机科学系http:// 版权声明本电子教案内容为西北师范大学计算机科学系微机原理与汇编语言课讲义，大家可以自己个人使用。
但由于本教案同时也部分使用了其他人所写讲义或CAI课件的内容，因此禁止使用本材料进行任何商业性或赢利性活动。
同时作者不承担由于使用本教案而引发的其他连带责任。
转载时请保留本版权声明。
-索国瑞suogr@人机接口❑基本概念❑键盘与键盘接口❑其他输入设备及接口❑显示设备及接口❑打印机接口1 基本概念人机接口的定义人机接口是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入／输出设备的接口。
本章重点分析常见的几种人机交互设备，如键盘、显示器、打印机等的工作原理以及它们与计算机之间的接口。
人机交互设备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类。
人机接口的功能人机接口是计算机同人机交互设备之间实现信息传输的控制电路。
主机和外设之间进行信息交换为什么一定要通过接口呢？这是因为主机和外设在信息形式和工作速度上具有很大的差异，接口正是为了解决这些差异而设置的。
图14－1为常见的人机接口与主机、外设的连接示意图。
2 键盘与键盘接口键盘是计算机系统不可缺少的输入设备，人们通过键盘上的按键直接向计算机输入各种数据、命令及指令，从而使计算机完成不同的运算及控制任务。
小型键盘接口在大多数键盘中，键开关被排列成M 行×N 列的矩阵结构，每个键开关位于行和列的交叉处。
非编码键盘常用的键盘扫描方法有逐行扫描法和行列扫描法。
1．逐行扫描法图14－2是采用逐行扫描识别键码的8 ×8 键盘矩阵，8 位输出端口和8 位输入端口都在键盘接口电路中，其中输出端口的8 条输出线接键盘矩阵的行线（X0～X7），输入端口的8 条输入线接键盘矩阵的列线（Y～Y7）。
……2．行列扫描法在扫描每一行时，逐个读列线，如果读到的结果为全“1”，说明没有键按下；如果某一列为低电平，说明有键按下，而且行号和列号已经确定。
人机接口技术
2007 copyright / 18 2007年3月25日
四川理工学院 计算机科学系《微机原理》
§13.2 CRT显示器原理及接口技术
§13.2.1 概述
CRT（Cathode Ray Tube阴极射线管）显示器是用来 显示字符、图形和图像的，称为计算机系统的标准输 出设备。
CRT显示器与键盘（标准输入设备）合称计算机终端。 是人机交互必不可少的外部设备。
§13.1.3 PC系列键盘（续）
键盘缓冲区的作用
键盘缓冲区是由16个字节组成的先进先 出循环队列，其作用有两个：
第一，可实现键盘实时输入要求：用户按键 完全是随机实时的，与主机运行应用的要求：应用程序需要 时间不一定与按键同步。键盘缓冲区可事先 存放应用程序所需的全部键符。此外，键盘 缓冲区满足快速操作员的键入要求。
2007 copyright / 10 2007年3月25日
四川理工学院 计算机科学系《微机原理》
定义端口a为输出 端口b为输入
定义端口a为输出 端口b为输入
输出行码为全"0"
设置行码最低位为0
输出行码
读取列码
是全1吗？ N
Y
Y
计算键值 是最后一行吗？ 转相应功能
N
行码循环左移
读取列码
Y 是全"1"吗？ N
系统对显示器的控制是通过访问显示卡的 可寻址端口实现的。显示卡可寻址端口见表 13.3。
表13.3显示器可寻址端口
端 口 号
对 应 寄 存 器
端 口 号 对 应 寄 存 器
3D 4 M C 6845地 址 索 引 寄 存 器 3D A 状 态 寄 存 器
3D 5
M C 6845数 据 寄 存 器 3D B 清 除 光 笔 锁 存 器
《人机交互设备接口》课件
人机交互设备接口的发展趋势与挑战
隐私保护与数据安全
随着人机交互设备接口的广泛应用，隐私保护和数据安全问题将越 来越受到关注。
无障碍设计
人机交互设备接口应关注残障人士的需求，推动无障碍设计的发展 ，让更多人享受技术带来的便利。
跨文化交流
在全球化的背景下，人机交互设备接口应具备跨文化交流的能力，满 足不同国家和地区用户的需求。
03
人机交互设备接口设 计
用户体验设计
用户需求分析
深入了解用户需求，包括使用场景、操作习惯、心理预期等，以 设计出更符合用户习惯的交互设备接口。
简洁与直观
设计时应注重界面的简洁性和直观性，降低用户学习成本，提高操 作效率。
个性化设置
提供一定程度的个性化设置选项，满足不同用户的个性化需求。
交互界面设计
评估指标
制定详细的评估指标体系，如任务完成率、错误 率、满意度等，对界面可用性进行量化评估。
迭代优化
根据测试和评估结果，对界面进行迭代优化，提 高界面的可用性和用户体验。
04
人机交互设备接口技 术实现
硬件实现
01
输入设备
鼠标、键盘、触摸屏、游戏手柄 等，负责将用户的操作转化为电 信号，传输给计算机。
输出设备
02
03
通信设备
显示器、打印机、音响等，负责 将计算机处理后的信息以用户可 理解的形式呈现出来。
网卡、调制解调器等，负责实现 计算机与外部设备的通信，实现 信息的传输。
软件实现
操作系统
提供人机交互的界面，管理硬件资源，支持应用程序 的运行。
应用程序
提供各种功能，满足用户的需求，如文档编辑、图像 处理、网络浏览等。
。
元宇宙中人机接口技术的分类
元宇宙中人机接口技术的分类人机接口技术是连接人类与计算机或其他智能设备之间的桥梁，它在元宇宙中起着至关重要的作用。
它使人类能够与虚拟世界进行互动，实现沉浸式的体验。
人机接口技术主要分为以下几个方向。
一、语音交互接口技术语音交互接口技术是通过声音信号进行信息交流和控制的技术。
随着语音识别和自然语言处理技术的不断发展，语音交互接口技术在元宇宙中得到了广泛应用。
用户只需通过口头指令就能实现与计算机的交互，无需键盘、鼠标等外部设备，大大方便了用户的操作。
语音交互接口技术的发展还带来了语音助手和虚拟人物等功能，使得元宇宙的交互更加智能化和个性化。
二、手势识别接口技术手势识别接口技术是通过识别人体运动的姿势来实现与计算机的交互。
通过摄像头等设备实时捕捉用户的手势动作，并将其转化为计算机可识别的指令，从而实现对虚拟世界的操作。
手势识别接口技术的应用范围广泛，可以用于游戏操作、虚拟现实体验、手势控制设备等。
它不仅提供了更加自然、直观的交互方式，也增加了用户与元宇宙的沉浸感。
三、脑机接口技术脑机接口技术是通过读取人脑的电信号来实现与计算机的交互。
它通过脑电图、功能磁共振等技术获取用户的脑电波，并将其转化为计算机可理解的指令。
脑机接口技术在元宇宙中的应用非常广泛，例如可以通过思维控制虚拟角色的动作、实现虚拟世界的沉浸式体验等。
虽然脑机接口技术目前还处于研究和开发阶段，但它具有巨大的潜力，将会为元宇宙带来更加革命性的交互方式。
四、触觉反馈接口技术触觉反馈接口技术是通过模拟触觉感受器官，使用户能够感受到虚拟世界中的触觉反馈。
通过智能手套、触觉手柄等设备，用户可以感受到虚拟物体的形状、质地等属性。
触觉反馈接口技术的应用可以提升用户对虚拟世界的沉浸感和真实感，使得元宇宙的体验更加逼真。
五、眼球追踪接口技术眼球追踪接口技术是通过追踪用户的眼球运动来实现与计算机的交互。
通过摄像头等设备实时监测用户的视线，将其转化为计算机可理解的指令。
人机交互设备接口技术
+5V VCC
P10
未使用
Vdd
SS
PROG
P13
未使用
P14
RAM SEL
VSS
P15
跨接器开关
EA
P16
显示器类型开关
双向数据
D0
P17
键盘锁定开关
D7
SYNC
未使用
A2 IOR
01 A0 8042
P20
RD
P21
系统复位 A20 选通
IOW
WR
键盘
P22
未使用
CS
CS
控制器 P23
未使用
RESET
图 9 - 7 AT 机 键 盘 接 口 RESET
P24
OPT BUF FULL (IRQ1)
PCLK
OC
XTALT1
Work
R e v Pi2e5 w
未使用
PCLK
OC XTALT2
P26
OC 1 键盘时钟
TEST0
P27
TEST1
OC 2 键盘数据
+5V
16 ×8 Y0 键盘 阵列
Y15
…
4/16 译 码 器
选通
VCC VDD VSS INT
EA XX1
RES
P2121
PP1010
XX2 8048
P20
DB6~3
PP22
…
检析测测器器
X0 3/8 译
X7
码 器
DB2~0
P11 1
T1
双向时钟(CLOCK)
13 4 25
+5V 双向数据(DATA)
人机交互技术
人机交互技术人机交互技术2010-11-29 15：14人机交互技术人机交互技术(Human-Computer Interaction Techniques)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中的重要内容之一。
它与认知学、人机工程学、心理学等学科领域有密切的联系。
1.WIMP界面的形成Xeror Palo研究中心于70年代中后期研制出原型机Star,形成了以窗口(Windows)、菜单(Menu)、图符(Icons)和指示装置(Pointing Devices)为基础的图形用户界面,也称WIMP界面。
Apple最先采用了这种图形界面,斯坦福研究所60年代的发展计划也对WIMP界面的发展产生了重要的影响。
该计划强调增强人的智能,把人而不是技术放在了人机交互的中心位置。
该计划的结果导致了许多硬件的发明,众所周知的鼠标就是其中之一。
2.WIMP界面面临的问题和发展多媒体计算机和VR系统的出现,改变了人与计算机通信的方式和要求,使人机交互发生了很大的变化。
在多媒体系统中继续采用WIMP界面有其内在的缺陷：随着多媒体软硬件技术的发展,在人机交互界面中计算机可以使用多种媒体,而用户只能同时用一个交互通道进行交互因而从计算机到用户的通信带宽要比从用户到计算机的大得多,这是一种不平衡的人-计算机交互。
虚拟现实技术除了要求有高度自然的三维人机交互技术外,由于受交互装置和交互环境的影响,不可能也不必要对用户的输入做精确的测量,而是一种非精确的人机交互。
三维人机交互技术在科学计算可视化和三维CAD系统中占有重要的地位。
基于WIMP技术的图形用户界面,从本质上讲,是一种二维交互技术,不具有三维直接操作的能力。
人机交互接口设计技术手册
人机交互接口设计技术手册引言人机交互是人与计算机系统之间进行信息交互的过程，是计算机科学与人类学、心理学、社会学等交叉学科的重要领域。
人机交互技术对于提高用户使用计算机系统的效率和舒适度具有重要意义，其中人机交互接口设计是人机交互技术的重要组成部分。
本手册旨在介绍人机交互接口设计技术，包括人机交互接口设计的原则、设计的方法、交互模式以及评估方法，希望能对广大设计师在人机交互接口设计中有所帮助。
一、人机交互接口设计的原则在人机交互接口设计中，有一些原则需要遵循：1. 易学性原则易学性是指用户在初次接触该系统时，应该容易地掌握如何使用该系统。
在接口设计中，应该尽量减少用户需要学习的时间和精力。
例如，使用通俗易懂的图标、文字提示等，提高用户的使用效率。
2. 易用性原则易用性是指用户在使用该系统时，应该容易地完成自己想要完成的任务。
在接口设计中，应该针对用户的需求进行设计，并尽量减少用户的操作步骤和出错的可能性。
例如，在设计表单时，应该将必填字段进行明显标注，避免用户填写遗漏。
3. 易记性原则易记性是指用户在一段时间内没有使用该系统后，仍然能够迅速地使用该系统完成任务。
在接口设计中，应该尽量减少用户需要记忆的信息和操作步骤。
例如，在设计操作流程时，应该采取类似于向导式的操作方式，引导用户完成操作。
4. 一致性原则一致性是指在同一个系统内，相同功能应该在相同的环境下出现，并且应该采用相同的操作方式和界面设计。
在接口设计中，应该统一整个系统的UI样式和交互规范，确保用户的使用体验一致。
二、人机交互接口设计的方法在人机交互接口设计中，有两种主要的方法：任务导向设计和用户导向设计。
1. 任务导向设计任务导向设计是根据用户需要完成的具体任务来设计人机交互接口。
在该方法中，设计者应该先分析用户需求和任务流程，并梳理出各个环节之间的关系，然后再进行系统设计。
该方法适用于那些需要完成复杂任务的系统，例如商务信息管理系统、电子商务系统等。
人机接口的名词解释
人机接口的名词解释人机接口，也称为人机交互界面，是指人类用户与计算机或其他电子设备之间的交互接口。
这种接口充当着连接用户和计算机系统的桥梁，使得用户能够通过输入指令和获取反馈等方式与机器进行有效的沟通和交互。
随着科技的不断发展，人机接口的功能和形式也在不断演变和创新。
一、传统人机接口在计算机问世之初，传统的人机接口主要依赖于键盘和鼠标这样的输入设备。
用户通过键盘输入指令，而计算机通过屏幕显示信息。
这种接口虽然十分简单，但由于其操作方式与人类的习惯存在差异，用户需要花费一定的时间去适应，使得用户体验存在一定的局限性。
二、触摸屏技术随着触摸屏技术的出现，人机接口得到了革命性的变革。
触摸屏将输入和输出结合在一块屏幕上，用户只需要通过触摸屏幕的方式，就能够完成信息的输入和输出。
这种直观、便捷的交互方式，极大地提高了用户体验和操作效率。
触摸屏技术逐渐应用于手机、平板电脑、自动取款机等各类设备上，让我们的生活变得更加便捷与愉悦。
三、语音识别与智能助手随着人工智能技术的快速发展，语音识别技术成为一种越来越重要的人机接口。
通过语音识别技术，计算机能够将用户说出的话转化为文字或指令，进一步实现与用户之间的交流。
智能助手如苹果的Siri、亚马逊的Alexa等利用语音识别技术，使得用户可以通过口头提问、语音控制等方式与设备进行交互，为用户提供个性化的智能服务。
四、虚拟现实与增强现实虚拟现实和增强现实技术也为人机接口带来了新的可能性。
虚拟现实技术通过头戴式显示器等设备，将用户沉浸在一个计算机生成的虚拟世界中，使用户能够与虚拟环境进行交互，获得身临其境的感受。
增强现实技术则将虚拟元素与真实世界进行结合，为用户提供更加直观的信息展示方式，促进用户与计算机之间的交互。
五、手势识别技术手势识别技术是指通过对人体动作进行捕捉和识别，使其成为人机接口的一种方式。
借助于摄像头和深度感应器等设备，计算机能够感知用户的手势动作，并将其转化为相应的控制指令。
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嵌入式系统原理及接口技术
9 人机接口技术
人机接口提供了人与嵌入式系统进行信息交互的 手段，通过人机接口，人可以给嵌入式系统发送 操作指令，嵌入式系统的运行结果也可以通过显 示等方式提交给人。
在嵌入式系统中常用的人机接口设备有：键盘、 LED显示器和LCD显示器、触摸屏等。
9.1 键盘接口
具体键盘接口程序代码详见教材的9.1.2节。
9.2 LED显示器接口
LED显示器是嵌入式系统中常用的输出设备。 LED显示器的种类有： （1）由若干个LED灯组成的显示器，用于状态
指示。 （2）7段或8段LED显示器，用于显示信息量不
大的应用场合。 （3）点阵式LED显示器。
7段（或8段）LED显示器控制原理
7段（或8段）LED显示器是由七个（或八个）发 光二极管按一定的位置排列成“日”字形，为了 适应不同的驱动电路，采用了共阴极和共阳极两 种结构，如下图所示。
用7段（或8段）LED显示器可以显示0~9的数 字和多种字符（并可带小数点）。
在实际应用中，一般需要多位数据同时显示，这 样就需要用多个7段（或8段）LED来组成一个完 整的显示器。如下图所示。
键盘是最常用的人机输入设备，在嵌入式系统的键盘接口 设计时，通常需要根据应用的具体要求，来设计键盘接口 的硬件电路，同时还需要完成识别按键动作、生成按键键 码和按键具体功能的程序设计。
按键较多
按键较少
（1）按键的识别方法
嵌入式系统所用键盘中的按键通常是由机械开关 组成，通过机械开关中的簧片是否接触来断开或 者接通电路，以便区别键是否处在按下或释放状 态。
串键是指多个键同时按下时产生的问题。
产生键码是指键盘接口必须把按下的键翻译成有 限位二进制代码，以便微处理器键 码的方法也有所不同。主要的键码产生方法是：
（1）直接把行信号值和列信号值合并在一起来生成键码。 （2）采用一些特殊的算法来生成键码。
7段（或8段）LED组成的显示器也可以采用专用的 接口芯片来设计其显示驱动接口电路，如采用 ZLG7289芯片。
ZLG7289芯片是一个具有串行输入、8位段信号并 行输出，可同时驱动8个共阴LED的专用芯片。
ZLG7289芯片能支持译码显示模式和非译码显示 模式。译码显示模式指的是微处理器输出给ZLG7289 芯片显示字符的对应值，由芯片ZLG7289译码产 生显示需要的段信号；而非译码显示模式指的是微 处理器直接输给ZLG7289芯片显示字符对应的段 码信号，因此，设计者需要自行求出显示字符对应 的段码。其设计示例请参考教材9.2.2节。
键盘的接口电路有多种形式，主要有：
（1）用专用的芯片来连接机械按键，由专用芯片来识别 按键动作并生成按键的键值，然后把键值传输给微处理器；
（2）用微处理器芯片的GPIO引脚来连接机械按键，由 微处理器本身来识别按键动作，并生成键码。
即使采用GPIO引脚直接连接机械按键，通常也 会根据应用的要求，其接口电路有所不同。
（1）按键个数较少时，接口电路如图9-1所示。 （2）按键个数较多时，接口电路如图9-2所示。
下面主要介绍按键较多时的键盘接口设计方法。
由原始机械开关组成的阵列式键盘，其接口程序 必须处理三个问题：去抖动、防串键和产生键码。
抖动是机械开关本身的一个最普遍问题。它是指 当键按下时，机械开关在外力的作用下，开关簧 片的闭合有一个从断开到不稳定接触，最后到可 靠接触的过程。键的抖动时间一般为10ms ~ 20ms，去抖动的方法主要采用软件延时或硬件 延时电路。
前图所示的LED显示器，通常采用扫描显示方式 来驱动显示器的内容显示。
所谓扫描显示方式是根据人眼的视觉惰性，在多 位7段（或8段）LED组成的显示器中，所有位的 段信号均连接在一起，由段控制逻辑控制，而该 位能不能显示则由位控制逻辑中对应的位信号控 制。
位控制逻辑实际上是一扫描电路，它依此使N位7 段（或8段）LED显示器中的一位显示，其余位 处于不显示状态。只要扫描的速度适当，人眼看 到的是N位LED同时显示的状况。
点阵式LED显示器
点阵式LED显示器的 显示单元一般由8行 8列LED组成，如下 图所示，可以再由这 8行8列的LED拼成 更大的LED阵列。
点阵式LED显示器能 显示各种字符、汉字 及图形、图像，并具 有色彩。
点阵式LED显示器中，每个LED表示一个像素， 通过每个LED的亮与灭来构造出所需的图形，各 种字符及汉字也是通过图形方式来显示的。
0xEB
若采用直接把行信号值和列信号值合并在一起来 生成键码的方法，且行信号在高4位，列信号在 低4位，那么， “9”键所对应的键码是：
0xBD
“6”所对应的键码是： 0xDB
非编码式键盘的接口驱动程序流程：
键盘接口示例
假设键盘阵列是5×4，利用S3C2440的端口C、 端口E来完成键盘的连接，其中，GPC0~GPC3 作为输入用于连接“键盘列”，GPE0~GPE4 作为输出，用于连接“键盘行”，键码采用16位， 是行信号值和列信号值合并而成。
虽然，键码的产生方法是多种多样的，但不论哪 种方法都必须保证键码与键一一对应。
一种较常用的键码产生算法，它比较适用于16键 ~64键的键盘接口，并且键码采用8位二进制数 表示。键码产生的算法步骤如下：
（1）根据键盘扫描中所得到的行信号计算出被 按下键所在行的行数，以数据最低位对应的键盘 行为第一行，以此类推；
（2）求行数的补（模为256），并求出其对应 的二进制编码；
（3）将行数的补对应的二进制码左移四位，然 后与列码相加，所的到的码即为键码。
例如，若要求出图9-2中“9”键及“6”所对应的 键码，采用前述算法来进行，那么， “9”键所 对应的键码是：
0xDD
“6”所对应的键码是：
对于单色点阵式LED来说，每个像素需要一位二 进制数表示，“1”表示亮、“0”表示灭。