人類社會走進電氣時代已經100餘年。早期的電器輸入控制裝置大多以旋鈕為主的，並且延續到1980年代，那個時候的電視機、收音機、甚至電話機等產品還是以旋鈕或旋轉操作裝置為主流控制裝置的。隨著數位電路技術的進步及成本的大幅降低，按鍵逐漸替代了旋鈕或旋轉操作裝置成為主流控制裝置，從撥號盤電話到按鍵式電話可以說明這個問題。無論旋鈕還是按鍵，從原理上講，它們都是手動的機械輸入裝置。

手動機械輸入裝置不會退出市場

電晶體把龐大的電器變身成小巧的可攜式產品，SONY的Walkman就是典範，手機和其他如可攜式娛樂設備如MP3、MP4、數位相機等的發明，甚至改變了人們的生活方式，它們幾乎成為人們必須隨時攜帶的裝備。這些產品已經實現了多功能整合，手機同時又是數位相機、數位攝影機、MP3、行動電視，功能的整合，需要更多的操作指令控制。這給按鍵型輸入裝置帶來一個問題，如何方便的控制這些繁雜的功能，賦予一個按鍵多個指令會使操作複雜化，增加按鍵的數量，會壓縮本身就狹小的可攜式設備表面和內部空間，增加可攜式設備的體積當然是不可行的。不僅如此，可攜式多媒體設備往往需要較大的顯示螢幕，這進一步擠壓了按鍵所擁有的空間。

非鍵盤的輸入裝置和方法可以解決這一問題，比如語音控制，觸控螢幕（實質是軟按鍵），手寫輸入等。與鍵盤相比，這些輸入裝置和方法固然有其優越之處，但卻依舊無法徹底替代按鍵，蘋果公司的iPhone可以說把觸控螢幕做到了極致，但其螢幕下方和邊緣依舊有數個按鍵。有些操作用非鍵盤輸入裝置是很難替代的，比如，複雜的格鬥遊戲的操作。而且，與按鍵相比，這些裝置或方法的成本很高，但市場是多元化的，低價格的產品往往擁有更大的市場，以發展的眼光看，手動機械輸入裝置儘管面臨著其他輸入裝置和方法的擠壓，卻永遠也不會徹底退出，你至少需要一個機械的開關徹底切斷電源。

手動機械輸入裝置的演變

可攜式產品對手動輸入裝置更小、更方便、更快捷的需求，使得旋鈕再一次粉墨登場，捲土重來，這一次，它們換上了數位技術的外衣。最早應用在手機上的旋鈕應當是SONY的Jog Dial滾輪，這個滾輪不再像早期的旋鈕那樣只能控制一個變數，它可以控制很多參數的變化。現在，在很多可攜式產品上都能夠看到滾輪的影子，走得最遠的是諾基亞，2004年末，諾基亞高調推出7280手機，隨後又推出了7380，這兩款號稱口紅手機的女性手機體積很小，其上僅有5個按鍵和一個小小的旋鈕，現在，在很多手機、數位相機上都能看見旋鈕的影子，甚至大名鼎鼎的蘋果iPod，所用的也是一個類似旋鈕的觸控裝置。不僅僅是手機，汽車廠商BMW也在其產品上採用了旋轉輸入的i-Divre操作裝置，其後奧迪、賓士、日產均在其產品上應用了旋轉操作裝置。BMW認為，汽車必須順應市場的要求，在有限的空間內整合更多的功能。在操作介面功能不斷湧現之時，精簡控制器設計成為汽車設計的一大挑戰。

著名的Avago Technologies看好了旋轉輸入裝置的市場，在2006年底推出了其旋轉輸入產品AMRX-1500。Avago認為，AMRX-1500簡化了操作程式，只需一隻手就可以連續滾動和導航很長的列表或功能表，為可?式手持設備提供了理想的解決方案。一年之後，這一產品已經成為包含13個規格的產品系列，足見Avago對這一產品的重視和市場對這一產品的認同。

利用智慧軟體加強輸入功能

有些公司則嘗試著用較少的按鍵進行繁雜的操作，Kannuu公司宣稱，已有很長歷史的鍵盤也許將會被市場淘汰，該公司的技術是利用一個拇指就可以進行文字輸入。該智慧軟體可以預測用戶需要輸入的文字，利用任何帶有螢幕和有四路輸入的設備，使用上，下，左，右和中間選擇鍵。只需用一個拇指就可以進行文字輸入，在速度上對全鍵盤的文字輸入產生威脅。Kannuu公司表示，我們的軟體顯示了一種最棒的猜字能力，能猜測在字元序列中最有可能用到的下一個字元或者字元組，然後顯示為多選項的選擇在四路指向控制器周圍，像使用今天的可?式裝置那樣。

縱觀前述的旋轉輸入裝置，除了BMW的i-Drive之外，都需要與按鍵一同使用而不能獨立應用，操作時手指需要不停的變換與輸入裝置的接觸位置（比如諾基亞7280，確認操作就需要按動旋鈕中間的圓形按鍵，而選擇功能表則需要旋轉旋鈕），這種變換無疑耗費了一些時間。Kannuu公司的方案不過是一個經過簡化的小鍵盤，手指同樣需要變換不同的位置。BMW i-Drive的結構較大，且不能用一個拇指操作，不適合可攜式產品使用。

旋轉式指令輸入裝置的創新應用

在北京第二屆發明創新大賽上獲得銀獎的一項發明，提出了機械手動輸入裝置的一項新的解決方案，這種叫做旋轉式指令輸入裝置，將按鍵和旋鈕整合在一枚一元硬幣大小的輸入裝置內，點擊旋鈕邊緣的不同位置，就可以調用不同的指令和功能表。旋轉旋鈕就可以移動游標，奇妙的是，在進行功能表選擇操作時，手指轉到哪裡、點到哪裡，無需離開這個旋鈕去點擊一個OK鍵。這個小小的輸入裝置在操作遊戲時，兩個手指可以同時控制三個遊戲參數的變化，比如汽車駕駛遊戲，右手的拇指用旋轉控制方向，旋轉角度的不同可以有不同的轉向角，同時還可以點擊控制煞車，左手的拇指點擊則可以鳴響喇叭。在輸入文字時，只需要看著螢幕進行一連串的旋轉點擊操作，無需進行任何編碼，結合聯想輸入技術，一擊一字、一擊數字都可以實現。

這種輸入裝置不需要任何按鍵的支援，就可以實現所有的操作，對於複雜的設備則可以在其中心和周邊安裝數個按鍵，實現更便捷的操作，甚至可以在其中心整合一個軌跡球，來控制滑鼠指標的二維移動。

《圖一　 旋轉式指令輸入裝置的結構示意圖》

圖一是旋轉式指令輸入裝置的結構示意圖，1是一個按鍵環，2是按鍵環支架，3是旋轉編碼器，4是PCB板，1即可以通過2帶動旋轉編碼器旋轉，又可以按壓導通4表面環形電路的內環和外環，這個電路的外環被均勻的分成了若干段，內環、外環和1構成了數個按鍵開關，和一般的按鍵開關不同的是，這些按鍵開關是按鍵可以旋轉的，按鍵環上的任意點可以旋轉到任何位置被按下，導通至少一個開關。用兩個拇指操作時，可以同時按下按鍵環的兩個不同的位置。按鍵環和按鍵電路分離的結構，是這個發明的重點。

旋轉式指令輸入裝置的應用實例

圖二是旋轉式指令輸入裝置的一個應用實例，左側是一個電視遙控器，右側則是這個電視遙控器的控制部分，並拆除了外殼和按鍵環1及支架2後的情形。中間的藍色部分是旋轉編碼器，彩色的環是操作指令提示環。長擊按鍵環在紅色提示環中點的位置，外環和內環3導通，這種長擊的方式用來開機或關機；在開機狀態下點擊同樣的位置，則調用電視設置功能表顯示在螢幕上，推動按鍵輪旋轉，在聲調、聲場、色彩、搜索等設置功能表中，移動功能表指標到所需的項目，繼續點擊旋轉這個過程，完成電視機的設置。需要注意的是，在進行任何旋轉點擊操作時，操作手指不必離開其第一次接觸的按鍵輪的操作點，轉到哪里點到哪里，而後繼續推動這個點旋轉，依舊是轉到哪裡點到哪哩，即便是手機輸入簡訊這樣的連續操作也是如此。點擊藍色區域的中心位置，顯示自動關機時間於螢幕，旋轉調整關機時間，點擊確定。同樣的，點擊黃色區域的中心位置，旋轉調整音量的大小；而長擊同樣的位置，則進入靜音狀態；在靜音狀態下點擊這個位置，解除靜音。點擊綠色區域的中心位置，慢速旋轉，頻道一個一個跳轉，流覽節目；快速旋轉，在螢幕上顯示頻道號碼並快速變化，到目標頻道之後，停止旋轉或點擊，跳轉到目標頻道。需要注意的是，四個不同的起始點擊位置所對應的開關數目是不同的，音量、頻道、開關機和設置，各自對應的是內環1、2、3，分別導通一個開關，而定時則對應內環1和3，同時導通兩個開關。這樣的起始點擊點叫指令區，每個指令區被點擊時，導通一個或兩個開關，圖二結構的旋轉式指令輸入裝置，可以分配六個指令區。

《圖二　 旋轉式指令輸入裝置的一個應用實例》

電子產品的旋轉式指令輸入設計

電子產品通常有很多的操作指令，這些指令有些是常用的，比如上面電視遙控器的音量調整、頻道選擇、開機關機和定時設置，有些指令則是不常用的，比如電視機的聲調、聲場、色彩、搜索等設置指令。旋轉式指令輸入裝置需要把常用的指令分配給不同的指令區，不常用的指令則可整合成一個功能表分配給一個指令區。一個指令區可以分配多個指令，這些指令可以是逆指令，採用同一個點擊模式在不同狀態下執行，比如開關機指令分配在一個指令區，在開機狀態下，長擊為關機，在關機狀態下，長擊為開機；還可以用不同的點擊模式調用不同的指令，比如開關機和設置功能表的調用，是用長擊和點擊區分的。

手機應用的設計

一個支具有基本通訊功能的手機，只需要三個指令區便可以實現方便的操作。開關機、設置、拒絕來電、掛機指令分配一個指令區；關機時，長擊開機；開機時，長擊關機；有來電時，點擊拒絕；通話時，點擊掛機；既無來電又無通話時，點擊調用音量調節、鈴聲、時間等設置功能表，通過旋轉點擊進行設置。接聽、撥號被分配在一個指令區，來電時，點擊接聽；撥號時，點擊這個指令區，出現撥號功能表，撥號功能表中有輸入號碼撥號、在通訊錄選擇撥號、通過輸入受話人姓名撥號等幾個選項，透過連續的旋轉點擊操作，完成號碼的撥出。透過對撥號功能表的優化，可以加快撥號的速度，比如按照家人、朋友、商務、同事設置受話人組，將這些常用的電話設置在撥號功能表的一級功能表中，甚至可以由用戶將最常用的號碼設置在一級功能表中。這樣，設置在一級功能表中的號碼通過點擊旋轉點擊兩擊即可撥出，而設置在二級功能表中的號碼三擊即可撥出；號碼撥號同樣由一連串的旋轉點擊完成。

這樣的撥號模式對於熟悉鍵盤撥號的人而言，可能稍慢一些；鍵盤手機可以實現一鍵撥號，旋轉式指令輸入裝置同樣可以實現，只需將最常用的電話號碼分配給不同的指令區，長擊這個指令區，就可以撥出需要的號碼。最後一個指令區分配給短信操作，點擊這個指令區，出現簡訊操作功能表，分別是查看簡訊、輸入編輯簡訊等，選擇查看簡訊，進入簡訊目錄，旋轉點擊調看需要的簡訊；選擇輸入編輯簡訊，則調用輸入法進入文字輸入狀態。

旋轉式指令輸入裝置輸入文字同樣是以旋轉點擊來完成的，大多數人輸入漢字時，多採用拼音輸入法，而且大部分採用的是全拼輸入，因為雙拼輸入需要記憶鍵位編碼，不夠方便。旋轉式指令輸入裝置則可以方便的採用雙拼輸入，首先在螢幕上選擇聲母，如a、ai等可以獨立發音的韻母，也要在聲母功能表中或將它們整合成聲母功能表的一個子功能表；而後在螢幕上選擇韻母，再在螢幕上選擇同音字，一個漢字三擊即可以輸入。結合聯想輸入，可以實現以詞為單元的輸入或以句為單元的輸入，實現一擊一字甚至一擊數字，提高輸入速度。

除了採用雙拼輸入模式，漢字還可以採用筆劃輸入和香港與台灣地區常用的注音輸入。採用筆劃輸入時，因為螢幕顯示可以提供比鍵盤更多的選擇集，可以有更多的筆劃元素比如偏旁部首供選擇，進而提高輸入的速度。用旋轉式指令輸入裝置還可以輸入其他文字。如果輸入法軟體如Kannuu公司所說的，軟體顯示了一種最棒的猜測能力，猜測在字元序列中你最有可能用到的下一個字元或者字元組，那麼輸入的速度至少應與鍵盤相當。如果需要對輸入的文字進行編輯操作，旋轉式指令輸入裝置也可以方便的完成。

遊戲操作的輸入設計

而在進行遊戲操作時，可以用兩個拇指同時操作一個旋轉式指令輸入裝置，旋轉用於控制一個遊戲參數，兩個拇指的點擊各自控制兩個遊戲參數，這樣就可以方便的控制前面所說的類似汽車駕駛遊戲的複雜遊戲。即使是鍵盤，也很難做到這一點。

旋轉式指令輸入裝置應用領域極為廣泛，諸如，手機、遙控器、汽車、數位相機等，理論上，一個這樣的裝置就可以完全替代所有的按鍵和旋鈕，這可以大大的簡化產品的結構，縮小產品的體積，從而降低產品的成本。旋轉式指令輸入裝置本身的成本也很低，一個應用於遙控器的低階產品，估計成本在4塊台幣左右。

旋轉式與鍵盤相比，體積更小，佔用的表面積更小，很多操作比鍵盤更方便，且成本相同。與其他非鍵盤輸入方式相比，成本較低。語音輸入的私密性較差，而且語音輸入易受環境影響。手寫輸入需要兩隻手同時操作。觸控螢幕輸入不便於遊戲操作，特別是複雜激烈的遊戲，操作者往往用較大的操作力，這會嚴重影響螢幕的壽命；很多情況下，操作者的手指往往不乾淨，這同樣不便於觸控螢幕的操作。觸控螢幕和類似蘋果iPod的操作裝置有一個缺點，便是沒有良好的觸覺操作回饋，而旋轉式指令輸入裝置在操作時可以提供旋轉時的段落感和點擊時的回彈感，這種回饋是很好的提示操作。

低成本的家電遙控器輸入設計

《圖三　 萬能遙控器解決方案》

對於低成本的家電遙控器來講，旋轉式指令輸入裝置可以提供一種整合式萬能遙控器的解決方案，這種解決方案不同於現在的萬能遙控器解決方案，現在的萬能遙控器解決方案需要單獨購買價格昂貴的萬能遙控器，而這個方案無需使用者支付任何的額外費用。隨電器一同出廠的遙控器分為三個單元製造，如圖三，分別是電池艙單元、控制艙單元、發射艙單元。如果需要，則發射艙單元可以集成一個顯示模組，成為發射顯示艙單元。這三個單元之間的電路用連接器連接，傳遞信號和電能，將不同電器的遙控器的控制艙單元拼插在一起，兩端拼接電池艙單元和發射艙單元或發射顯示艙單元，就成為圖四右1的萬能遙控器。這種萬能遙控器操作也要比現在的萬能遙控器更加方便，一個控制艙單元對應一個電器，不必按鍵切換不同電器的控制功能。這種拼插式萬能遙控器如果能夠得以廣泛的應用，未來將會成為行業標準。

有些電器可能需要控制較多的指令，在旋轉式指令輸入裝置的周邊和中心可以配置一些按鍵滿足這些需求（圖四左3），如果需要上網控制滑鼠指標，可以在旋轉式指令輸入裝置的中心整合一個軌跡球（圖四右2）。

《圖四　 萬能遙控器解決方案範例》

結論

很多電子工程師不喜歡在自己設計的產品上使用機械結構的零組件，這可能有兩個原因，一個是機械結構的壽命往往低於電子零組件，可靠性不高，二是帶有機械結構的零組件體積較大。對於旋轉式指令輸入裝置而言，這種擔憂是完全沒有必要的。就結構而言，旋轉式指令輸入裝置和Avago AMRX-1500極為相近，旋轉編碼器除了選用常見的接觸式編碼器之外，可以採用與AMRX-1500相同的光電式或其他非接觸式的編碼器，由此壽命和可靠性都可以大大提高，1500的標準壽命是旋轉20萬周（測試轉速100rpm），點擊50萬次（測試壓力200gf），1500應用本身就說明了旋轉性輸入裝置的壽命和可靠性足以滿足要求。1500的直徑是18公厘左右，厚度是1.93公厘，旋轉式指令輸入裝置也可以做到如此大小，如果需要，還可以更小些。