人类社会走进电气时代已经100余年。早期的电器输入控制装置大多以旋钮为主的，并且延续到1980年代，那个时候的电视机、收音机、甚至电话机等产品还是以旋钮或旋转操作装置为主流控制装置的。随着数位电路技术的进步及成本的大幅降低，按键逐渐替代了旋钮或旋转操作装置成为主流控制装置，从拨号盘电话到按键式电话可以说明这个问题。无论旋钮还是按键，从原理上讲，它们都是手动的机械输入装置。

手动机械输入装置不会退出市场

电晶体把庞大的电器变身成小巧的可携式产品，SONY的Walkman就是典范，手机和其他如可携式娱乐设备如MP3、MP4、数位相机等的发明，甚至改变了人们的生活方式，它们几乎成为人们必须随时携带的装备。这些产品已经实现了多功能整合，手机同时又是数位相机、数位摄影机、MP3、行动电视，功能的整合，需要更多的操作指令控制。这给按键型输入装置带来一个问题，如何方便的控制这些繁杂的功能，赋予一个按键多个指令会使操作复杂化，增加按键的数量，会压缩本身就狭小的可携式设备表面和内部空间，增加可携式设备的体积当然是不可行的。不仅如此，可携式多媒体设备往往需要较大的显示萤幕，这进一步挤压了按键所拥有的空间。

非键盘的输入装置和方法可以解决这一问题，比如语音控制，触控萤幕（实质是软按键），手写输入等。与键盘相比，这些输入装置和方法固然有其优越之处，但却依旧无法彻底替代按键，苹果公司的iPhone可以说把触控萤幕做到了极致，但其萤幕下方和边缘依旧有数个按键。有些操作用非键盘输入装置是很难替代的，比如，复杂的格斗游戏的操作。而且，与按键相比，这些装置或方法的成本很高，但市场是多元化的，低价格的产品往往拥有更大的市场，以发展的眼光看，手动机械输入装置尽管面临着其他输入装置和方法的挤压，却永远也不会彻底退出，你至少需要一个机械的开关彻底切断电源。

手动机械输入装置的演变

可携式产品对手动输入装置更小、更方便、更快捷的需求，使得旋钮再一次粉墨登场，卷土重来，这一次，它们换上了数位技术的外衣。最早应用在手机上的旋钮应当是SONY的Jog Dial滚轮，这个滚轮不再像早期的旋钮那样只能控制一个变数，它可以控制很多参数的变化。现在，在很多可携式产品上都能够看到滚轮的影子，走得最远的是诺基亚，2004年末，诺基亚高调推出7280手机，随后又推出了7380，这两款号称口红手机的女性手机体积很小，其上仅有5个按键和一个小小的旋钮，现在，在很多手机、数位相机上都能看见旋钮的影子，甚至大名鼎鼎的苹果iPod，所用的也是一个类似旋钮的触控装置。不仅仅是手机，汽车厂商BMW也在其产品上采用了旋转输入的i-Divre操作装置，其后奥迪、宾士、日产均在其产品上应用了旋转操作装置。 BMW认为，汽车必须顺应市场的要求，在有限的空间内整合更多的功能。在操作介面功能不断涌现之时，精简控制器设计成为汽车设计的一大挑战。

著名的Avago Technologies看好了旋转输入装置的市场，在2006年底推出了其旋转输入产品AMRX-1500。 Avago认为，AMRX-1500简化了操作程式，只需一只手就可以连续滚动和导航很长的列表或功能表，为可?式手持设​​备提供了理想的解决方案。一年之后，这一产品已经成为包含13个规格的产品系列，足见Avago对这一产品的重视和市场对这一产品的认同。

利用智慧软体加强输入功能

有些公司则尝试着用较少的按键进行繁杂的操作，Kannuu公司宣称，已有很长历史的键盘也许将会被市场淘汰，该公司的技术是利用一个拇指就可以进行文字输入。该智慧软体可以预测用户需要输入的文字，利用任何带有萤幕和有四路输入的设备，使用上，下，左，右和中间选择键。只需用一个拇指就可以进行文字输入，在速度上对全键盘的文字输入产生威胁。Kannuu公司表示，我们的软体显示了一种最棒的猜字能力，能猜测在字元序列中最有可能用到的下一个字元或者字元组，然后显示为多选项的选择在四路指向控制器周围，像使用今天的可?式装置那样。

纵观前述的旋转输入装置，除了BMW的i-Drive之外，都需要与按键一同使用而不能独立应用，操作时手指需要不停的变换与输入装置的接触位置（比如诺基亚7280，确认操作就需要按动旋钮中间的圆形按键，而选择功能表则需要旋转旋钮），这种变换无疑耗费了一些时间。 Kannuu公司的方案不过是一个经过简化的小键盘，手指同样需要变换不同的位置。 BMW i-Drive的结构较大，且不能用一个拇指操作，不适合可携式产品使用。

旋转式指令输入装置的创新应用

在北京第二届发明创新大赛上获得银奖的一项发明，提出了机械手动输入装置的一项新的解决方案，这种叫做旋转式指令输入装置，将按键和旋钮整合在一枚一元硬币大小的输入装置内，点击旋钮边缘的不同位置，就可以调用不同的指令和功能表。旋转旋钮就可以移动游标，奇妙的是，在进行功能表选择操作时，手指转到哪里、点到哪里，无需离开这个旋钮去点击一个OK键。这个小小的输入装置在操作游戏时，两个手指可以同时控制三个游戏参数的变化，比如汽车驾驶游戏，右手的拇指用旋转控制方向，旋转角度的不同可以有不同的转向角，同时还可以点击控制煞车，左手的拇指点击则可以鸣响喇叭。在输入文字时，只需要看着萤幕进行一连串的旋转点击操作，无需进行任何编码，结合联想输入技术，一击一字、一击数字都可以实现。

这种输入装置不需要任何按键的支援，就可以实现所有的操作，对于复杂的设备则可以在其中心和周边安装数个按键，实现更便捷的操作，甚至可以在其中心整合一个轨迹球，来控制滑鼠指标的二维移动。

《图一 旋转式指令输入设备的结构示意图》

图一是旋转式指令输入装置的结构示意图，1是一个按键环，2是按键环支架，3是旋转编码器，4是PCB板，1即可以通过2带动旋转编码器旋转，又可以按压导通4表面环形电路的内环和外环，这个电路的外环被均匀的分成了若干段，内环、外环和1构成了数个按键开关，和一般的按键开关不同的是，这些按键开关是按键可以旋转的，按键环上的任意点可以旋转到任何位置被按下，导通至少一个开关。用两个拇指操作时，可以同时按下按键环的两个不同的位置。按键环和按键电路分离的结构，是这个发明的重点。

旋转式指令输入装置的应用实例

图二是旋转式指令输入装置的一个应用实例，左侧是一个电视遥控器，右侧则是这个电视遥控器的控制部分，并拆除了外壳和按键环1及支架2后的情形。中间的蓝色部分是旋转编码器，彩色的环是操作指令提示环。长击按键环在红色提示环中点的位置，外环和内环3导通，这种长击的方式用来开机或关机；在开机状态下点击同样的位置，则调用电视设置功能表显示在萤幕上，推动按键轮旋转，在声调、声场、色彩、搜索等设置功能表中，移动功能表指标到所需的项目，继续点击旋转这个过程，完成电视机的设置。需要注意的是，在进行任何旋转点击操作时，操作手指不必离开其第一次接触的按键轮的操作点，转到哪里点到哪里，而后继续推动这个点旋转，依旧是转到哪里点到哪哩，即便是手机输入简讯这样的连续操作也是如此。点击蓝色区域的中心位置，显示自动关机时间于萤幕，旋转调整关机时间，点击确定。同样的，点击黄色区域的中心位置，旋转调整音量的大小；而长击同样的位置，则进入静音状态；在静音状态下点击这个位置，解除静音。点击绿色区域的中心位置，慢速旋转，频道一个一个跳转，流览节目；快速旋转，在萤幕上显示频道号码并快速变化，到目标频道之后，停止旋转或点击，跳转到目标频道。需要注意的是，四个不同的起始点击位置所对应的开关数目是不同的，音量、频道、开关机和设置，各自对应的是内环1、2、3，分别导通一个开关，而定时则对应内环1和3，同时导通两个开关。这样的起始点击点叫指令区，每个指令区被点击时，导通一个或两个开关，图二结构的旋转式指令输入装置，可以分配六个指令区。

《图二 旋转式指令输入设备的一个应用实例》

电子产品的旋转式指令输入设计

电子产品通常有很多的操作指令，这些指令有些是常用的，比如上面电视遥控器的音量调整、频道选择、开机关机和定时设置，有些指令则是不常用的，比如电视机的声调、声场、色彩、搜索等设置指令。旋转式指令输入装置需要把常用的指令分配给不同的指令区，不常用的指令则可整合成一个功能表分配给一个指令区。一个指令区可以分配多个指令，这些指令可以是逆指令，采用同一个点击模式在不同状态下执行，比如开关机指令分配在一个指令区，在开机状态下，长击为关机，在关机状态下，长击为开机；还可以用不同的点击模式调用不同的指令，比如开关机和设置功能表的调用，是用长击和点击区分的。

手机应用的设计

一个支具有基本通讯功能的手机，只需要三个指令区便可以实现方便的操作。开关机、设置、拒绝来电、挂机指令分配一个指令区；关机时，长击开机；开机时，长击关机；有来电时，点击拒绝；通话时，点击挂机；既无来电又无通话时，点击调用音量调节、铃声、时间等设置功能表，通过旋转点击进行设置。接听、拨号被分配在一个指令区，来电时，点击接听；拨号时，点击这个指令区，出现拨号功能表，拨号功能表中有输入号码拨号、在通讯录选择拨号、通过输入受话人姓名拨号等几个选项，透过连续的旋转点击操作，完成号码的拨出。透过对拨号功能表的优化，可以加快拨号的速度，比如按照家人、朋友、商务、同事设置受话人组，将这些常用的电话设置在拨号功能表的一级功能表中，甚至可以由用户将最常用的号码设置在一级功能表中。这样，设置在一级功能表中的号码通过点击旋转点击两击即可拨出，而设置在二级功能表中的号码三击即可拨出；号码拨号同样由一连串的旋转点击完成。

这样的拨号模式对于熟悉键盘拨号的人而言，可能稍慢一些；键盘手机可以实现一键拨号，旋转式指令输入装置同样可以实现，只需将最常用的电话号码分配给不同的指令区，长击这个指令区，就可以拨出需要的号码。最后一个指令区分配给短信操作，点击这个指令区，出现简讯操作功能表，分别是查看简讯、输入编辑简讯等，选择查看简讯，进入简讯目录，旋转点击调看需要的简讯；选择输入编辑简讯，则调用输入法进入文字输入状态。

旋转式指令输入装置输入文字同样是以旋转点击来完成的，大多数人输入汉字时，多采用拼音输入法，而且大部分采用的是全拼输入，因为双拼输入需要记忆键位编码，不够方便。旋转式指令输入装置则可以方便的采用双拼输入，首先在萤幕上选择声母，如a、ai等可以独立发音的韵母，也要在声母功能表中或将它们整合成声母功能表的一个子功能表；而后在萤幕上选择韵母，再在萤幕上选择同音字，一个汉字三击即可以输入。结合联想输入，可以实现以词为单元的输入或以句为单元的输入，实现一击一字甚至一击数字，提高输入速度。

除了采用双拼输入模式，汉字还可以采用笔划输入和香港与台湾地区常用的注音输入。采用笔划输入时，因为萤幕显示可以提供比键盘更多的选择集，可以有更多的笔划元素比如偏旁部首供选择，进而提高输入的速度。用旋转式指令输入装置还可以输入其他文字。如果输入法软体如Kannuu公司所说的，软体显示了一种最棒的猜测能力，猜测在字元序列中你最有可能用到的下一个字元或者字元组，那么输入的速度至少应与键盘相当。如果需要对输入的文字进行编辑操作，旋转式指令输入装置也可以方便的完成。

游戏操作的输入设计

而在进行游戏操作时，可以用两个拇指同时操作一个旋转式指令输入装置，旋转用于控制一个游戏参数，两个拇指的点击各自控制两个游戏参数，这样就可以方便的控制前面所说的类似汽车驾驶游戏的复杂游戏。即使是键盘，也很难做到这一点。

旋转式指令输入装置应用领域极为广泛，诸如，手机、遥控器、汽车、数位相机等，理论上，一个这样的装置就可以完全替代所有的按键和旋钮，这可以大大的简化产品的结构，缩小产品的体积，从而降低产品的成本。旋转式指令输入装置本身的成本也很低，一个应用于遥控器的低阶产品，估计成本在4块台币左右。

旋转式与键盘相比，体积更小，占用的表面积更小，很多操作比键盘更方便，且成本相同。与其他非键盘输入方式相比，成本较低。语音输入的私密性较差，而且语音输入易受环境影响。手写输入需要两只手同时操作。触控萤幕输入不便于游戏操作，特别是复杂激烈的游戏，操作者往往用较大的操作力，这会严重影响萤幕的寿命；很多情况下，操作者的手指往往不干净，这同样不便于触控萤幕的操作。触控萤幕和类似苹果iPod的操作装置有一个缺点，便是没有良好的触觉操作回馈，而旋转式指令输入装置在操作时可以提供旋转时的段落感和点击时的回弹感，这种回馈是很好的提示操作。

低成本的家电遥控器输入设计

《图三 万能遥控器解决方案》

对于低成本的家电遥控器来讲，旋转式指令输入装置可以提供一种整合式万能遥控器的解决方案，这种解决方案不同于现在的万能遥控器解决方案，现在的万能遥控器解决方案需要单独购买价格昂贵的万能遥控器，而这个方案无需使用者支付任何的额外费用。随电器一同出厂的遥控器分为三个单元制造，如图三，分别是电池舱单元、控制舱单元、发射舱单元。如果需要，则发射舱单元可以集成一个显示模组，成为发射显示舱单元。这三个单元之间的电路用连接器连接，传递信号和电能，将不同电器的遥控器的控制舱单元拼插在一起，两端拼接电池舱单元和发射舱单元或发射显示舱单元，就成为图四右1的万能遥控器。这种万能遥控器操作也要比现在的万能遥控器更加方便，一个控制舱单元对应一个电器，不必按键切换不同电器的控制功能。这种拼插式万能遥控器如果能够得以广泛的应用，未来将会成为行业标准。

有些电器可能需要控制较多的指令，在旋转式指令输入装置的周边和中心可以配置一些按键满足这些需求（图四左3），如果需要上网控制滑鼠指标，可以在旋转式指令输入装置的中心整合一个轨迹球（图四右2）。

《图四 万能遥控器解决方案范例》

结论

很多电子工程师不喜欢在自己设计的产品上使用机械结构的零组件，这可能有两个原因，一个是机械结构的寿命往往低于电子零组件，可靠性不高，二是带有机械结构的零组件体积较大。对于旋转式指令输入装置而言，这种担忧是完全没有必要的。就结构而言，旋转式指令输入装置和Avago AMRX-1500极为相近，旋转编码器除了选用常见的接触式编码器之外，可以采用与AMRX-1500相同的光电式或其他非接触式的编码器，由此寿命和可靠性都可以大大提高，1500的标准寿命是旋转20万周（测试转速100rpm），点击50万次（测试压力200gf），1500应用本身就说明了旋转性输入装置的寿命和可靠性足以满足要求。1500的直径是18公厘左右，厚度是1.93公厘，旋转式指令输入装置也可以做到如此大小，如果需要，还可以更小些。