產(chǎn)品設計與開發(fā)鼠標

1、產(chǎn)品設計與開發(fā)鼠標 設計小組: 李向 趙偉敏 陸麗 任莉 畢海寧 陳遠波 2005.4.12鼠標是人們最常用的外設之一，鼠標的發(fā)展其實和CPU的歷程是差不多的，但是，人們對鼠標的關注遠不及CPU，對鼠標的了解還是很一般的 鼠標自從誕生到今天，已經(jīng)有35個年頭了，這35年來，鼠標無論在性能還是工作原理上都有了許多變化，唯一不變的就是永遠伴隨著他的名字“MOUSE”。 引子:我們將從以下幾個方面來介紹鼠標我們將從以下幾個方面來介紹鼠標: 鼠標的發(fā)展歷史 鼠標的分類 現(xiàn)存鼠標的弊端 未來鼠標的發(fā)展趨勢鼠標的發(fā)明鼠標的發(fā)明 鼠標是1964年由Douglas Engelbart(如圖01)發(fā)明的，當時D

2、ouglas Engelbart在斯坦福研究所(SRI)工作，該研究所是斯坦福大學贊助的一個機構，Douglas Engelbart很早就在考慮如何使電腦的操作更加簡便，用什么手段來取代由鍵盤輸入的繁瑣指令。 60年代初，他在參加一個會議時隨手掏出了隨身攜帶的筆記本(可不是筆記本電腦哦)，畫出了一種在底部使用兩個互相垂直的輪子來跟蹤動作的裝置草圖，這就是鼠標的雛型。到了1964年，Douglas Engelbart再次對這種裝置的構思進行完善，動手制作出了第一個成品。因此Douglas Engelbart也被稱為“鼠標之父”。 下圖就是1968年12月9日 Douglas Engelbart(

3、1998年獲得圖靈獎)在IEEE會議上展示的世界上第一個鼠標，一個木質的小盒子，盒子下面有兩個互相垂直的輪子，每個輪子帶動一個機械變阻器獲得X、Y軸上的位移，在盒子的上面則有一個按鈕開關提供連通信號。這款鼠標的鼻祖與今天的鼠標結構大不相同，甚至還需要外置電源給他供電才能正常工作。 當時還沒有“鼠標”的名稱,由于該裝置像老鼠一樣拖著一條長長的連線(象老鼠的尾巴)，因此，Douglas Engelbart和他的同事在實驗室里把它戲稱為“Mouse”，他當時也曾想到將來鼠標有可能會被廣泛應用，所以在申請專利時起名叫“顯示系統(tǒng)X-Y位置指示器”，只是人們覺得“Mouse”這個名字更加讓人感到親切，于是

4、就有了“鼠標”的稱呼。鼠標的普及歷程鼠標的普及歷程 鼠標被發(fā)明之后，首先于1973年被Xerox公司應用到經(jīng)過改進的Alto電腦系統(tǒng)中(如下圖所示)，但是遺憾的是，當時這些系統(tǒng)都是實驗用的，完全被用于研究工作，并沒有向大眾推廣，所以鼠標一直都默默無聞。 1981年，Xerox公司推出了使用鼠標，并應用GUI操作系統(tǒng)的Star 8010電腦(如右圖所示)，這是大眾首次了解鼠標，可惜由于這種電腦價格過于昂貴，銷量很小。盡管如此，鼠標已經(jīng)引起了不少人的注意，并開始為人們所掌握。13341.jpg 1982年 羅技公司發(fā)明的世界第一款光機鼠標，光機結構是鼠標發(fā)展史上最大的發(fā)明。也就是這個時候現(xiàn)在鼠標的

5、結構設計基本成熟，光機鼠標統(tǒng)治了鼠標市場達18年之久。 1983年蘋果公司受到仙童公司著名STAR計算機的啟發(fā)，在當年推出的Iisa電腦上第一次使用了鼠標作為GUI界面操作工具。這款電腦雖然不成功，但它為轉年推出的Macintosh以及MAC OS操作系統(tǒng)提供了經(jīng)驗，鼠標的黃金年代來臨了。這個時候的鼠標還是老式的機械式鼠標，但是對于最初的產(chǎn)品已經(jīng)有了新的改良,鼠標球取代了不靈活的單滾球，單鍵設計被更加靈活的雙鍵/三鍵所取代，可供電的標準RS232串行口設計取代了早期的獨立接口，現(xiàn)代鼠標的基本結構已經(jīng)成型 13342.jpg 1984年羅技的第一款無線鼠標研制成功，那時候還依靠紅外線作為信號的載

6、體。雖然說這款產(chǎn)品由于性能方面的諸多問題而告失敗，但是羅技在無線方面的創(chuàng)新也給后來的產(chǎn)品帶來了很多思路的指引。 19961996年由微軟發(fā)明的年由微軟發(fā)明的鼠標滾輪鼠標滾輪是鼠標發(fā)展史上十分是鼠標發(fā)展史上十分重大的發(fā)明，今天滾輪已經(jīng)成為鼠標的標配之一重大的發(fā)明，今天滾輪已經(jīng)成為鼠標的標配之一?，F(xiàn)在流行的滾輪設計一般包括兩種，一是機械式滾輪，也就是用滾輪來帶動一個機械電位器以獲得信息，微軟的很多鼠標都是采用這種結構。它的優(yōu)點就是滾動比較精準，但是機械結構存在磨損問題。另一種滾輪就是光電式滾輪，羅技等大多數(shù)廠商都是采用這種設計。它的滾輪內部就是一個柵輪。在柵輪的兩側分別有一個發(fā)光二級管和熱敏二級管

7、，工作原理上和光機鼠標獲得滾動信息的方式是一樣的。這種滾輪的壽命比較長而且手感很干脆，但是在滾動信息的精確性上卻不如上面的機械式滾輪。 1999年微軟與安捷倫公司合作，推出了Intellimouse Explorer鼠標，揭開了光學成像鼠標的時代的序幕。其中Intellieye定位引擎是世界上第一個光學成像式鼠標引擎，它的高適應能力和不需清潔的特點成為當時最為轟動的鼠標產(chǎn)品，被多個科學評選評為1999年最杰出的科技產(chǎn)品之一。（不過由于那個時候微軟的硬件產(chǎn)品沒有正式進入中國，所以當時Intellimouse Explorer鼠標所引起的轟動反響并沒有波及到中國大陸）2000年，羅技公司也推出了同

8、類的光電鼠標產(chǎn)品，使用安捷倫H2000光學成像引擎，性能上和Intellimouse Explorer鼠標一樣。這一代產(chǎn)品是光學成像引擎的第一代產(chǎn)品，這一代的光電鼠標擁有一些現(xiàn)在已經(jīng)眾所周知的缺點，比如僅為1500次/秒的刷新率和400CPI的分辨率。對采樣表面的適應性差，尤其對鏡面以及花紋表面 2001年安捷倫推出了自己第二代光學成像引擎（A2030、A2051），首先推出產(chǎn)品的是安睫倫，它在CMOS和DSP引擎都沒有重大變化的背景下，通過對光學引擎的重新設計將引擎的分辨率提升到800DPI，同時將刷新率提升到20002500次/秒。但是由于這一次的技術改良并沒有增大CMOS的尺寸，所以相較

9、第一代光學引擎性能提升并不明顯。正是因為這樣安捷倫公司并沒有對第二代產(chǎn)品大肆宣傳，只是無聲無息的取代了第一代產(chǎn)品。2001年底微軟結束了與安捷倫的合作以后，獨立推出了第二代Intellieye引擎，與前一代相比它的改變極為重大微軟重新設計了CMOS和DSP算法，將刷新率提升到前所未有的6000次/秒，同時將CMOS尺寸提升到22X22，同時一舉解決了光電鼠標的丟幀和表面適應性問題，同時全部控制電路整合到同一塊芯片上，大大提高了系統(tǒng)的整合度。不過第二代Intellieye引擎光學部分并沒有重新設計，所以其分辨率仍為400DPI。 2002年初羅技推出了光電鼠標歷史上獨一無二的雙光頭極光飛貂來與I

10、E3.0競爭，它使用了和其它安捷倫引擎所不同的IAS芯片和兩個第二代的安捷倫DSP處理器，通過將兩個SPI芯片交替運行來獲得更高的處理速度，盡管CMOS的面積沒有變化，但由于兩個光頭在不同的位置上采樣，所以表面的適應性要比同期羅技單光頭的鼠標來得好些。 2002年下半年，羅技推出了和安捷倫合作一年的成果新一代MX光學引擎，新的光學引擎在保留800DPI的前提下，將像素處理能力提升到令人詐舌的470萬像素/秒，同時將CMOS尺寸加大到30X30。這使得它在性能上超過了一切原有的光學引擎，同時在光學性能上已經(jīng)不亞于傳統(tǒng)的光機鼠標，成為歷史上第一款近乎完美的光學引擎。2003年9月，微軟推出了全新系

11、列的鼠標產(chǎn)品。它們全部采用“Tilt Wheel”滾輪，這種滾輪最大的特點是通過左右傾斜可以實現(xiàn)對水平方向移動的控制。 鼠標分類鼠標分類鼠標的分類方法很多，通常按照鍵數(shù)、接口形式、內部構造進行分類。按鍵數(shù)分類按鍵數(shù)分類 鼠標可以分為傳統(tǒng)雙鍵鼠、三鍵鼠和新型的多鍵鼠標。根據(jù)最早微軟的要求定義的鼠標只需要左右兩個鍵兩個鍵，雙鍵鼠標結構簡單，應用廣泛,一般無需另外安裝驅動程序就可以在WIN9X下正常運作。三鍵鼠標三鍵鼠標是IBM在兩鍵鼠的基礎上進一步定義而成的，又被稱為PC Mouse，與兩鍵鼠相比,三鍵鼠上多了個中鍵，使用中鍵在某些特殊程序中往往能起到事倍功半的作用.早期的三鍵鼠標一般都有一個微型

12、撥動開關，用于切換兩鍵與三鍵兩種不同工作方式。多鍵鼠標多鍵鼠標是在微軟發(fā)布Microsoft智能鼠標（IntelliMouse）之后,鼠標發(fā)展的新領域“多功能應用”而產(chǎn)生的新一代多功能鼠標。隨著應用的增加，之后其他廠商生產(chǎn)的新型鼠標除了有滾輪，還增加了拇指鍵等快捷按鍵，進一步簡化了操作程序。多鍵多功能鼠標今后也將是鼠標未來發(fā)展的目標與方向。按接口分類按接口分類 鼠標可以分為COM、PS/2、USB三類，傳統(tǒng)的鼠標是COM口連接的,它占用了一個串行通訊口。由于豐富的外設不斷涌出和主板頻繁的的升級,人們逐漸開始使用PS/2鼠標，把本來為數(shù)不多的串行通訊口讓給其他外設使用，因此COM鼠標在市場上已成

13、強弩之末。PS/2鼠標是目前市場上的主流產(chǎn)品，作為替代COM鼠標的接班人，目前市場份額已經(jīng)相當?shù)拇?，而且種類繁多，造型多樣。俗話說兔子尾巴長不了，PS/2這些老鼠看樣子也難以幸免。隨著USB接口的興起，預計今后USB接口鼠標將會成為市場新的賣點，不甘落后的廠家近日紛紛推出了各自的USB接口鼠標，雖造型手感并不怎么樣，但也給相對沉穩(wěn)的鼠標市場注入了一劑興奮劑。就目前測試數(shù)據(jù)來看,USB鼠標對普通鼠的性能提高相當甚微，所以USB鼠標只不過是廠家為了增加產(chǎn)品的新賣點而采用的一種手段.按內部構造分類內部構造分類 可以分為 機械式 光機式 光電式機械式鼠標的結構最為簡單，由鼠標底部的膠質小球帶動X方向滾

14、軸和Y方向滾軸，在滾軸的末端有譯碼輪，譯碼輪附有金屬導電片與電刷直接接觸。鼠標的移動帶動小球的滾動,再通過摩擦作用使兩個滾軸帶動譯碼輪旋轉，接觸譯碼輪的電刷隨即產(chǎn)生與二維空間位移相關的脈沖信號。由于電刷直接接觸譯碼輪和鼠標小球與桌面直接摩擦,所以精度有限，電刷和譯碼輪的磨損也較為厲害，直接影響機械鼠標的壽命。因此，機械式鼠標已基本淘汰而被同樣價廉的光機鼠取而代之 . 所謂光機鼠標光機鼠標, ,顧名思義就是一種光電和機械相結合的鼠標，是目前市場上最常見的一種鼠標。光機鼠在機械鼠標的基礎上，將磨損最厲害的接觸式電刷和譯碼輪改進成為非接觸式的LED對射光路元件（主要是由一個發(fā)光二極管和一個光柵輪）,

15、在轉動時可以間隔的通過光束來產(chǎn)生脈沖信號。由于采用的是非接觸部件使磨損率下降，從而大大地提高了鼠標的壽命，也能在一定范圍內提高鼠標的精度。光機鼠的外形與機械鼠標沒有區(qū)別，不打開鼠標的外殼很難分辨。出于這個原因，雖然市面上絕大部分的鼠標都采用了光機結構，但習慣上人們還稱其為機械式鼠標 光電鼠標通過發(fā)光二極管（LED）和光敏管協(xié)作來測量鼠標的位移，一般需要一塊專用的光電板將LED發(fā)出的光束部分反射到光敏接收管，形成高低電平交錯的脈沖信號。這種結構可以做出分辨率較高的鼠標，且由于接觸部件較少，鼠標的可靠性大大增強，適用于對精度要求較高的場合。不過光電鼠標的價格較高，尤其是專業(yè)的高精度鼠標價格更是昂貴

16、，而且光電鼠標必須還配有一塊光學鼠標墊，由于鼠標墊大都有不耐臟、不便攜帶等致命缺點，往往會給使用者帶來相當大的麻煩。現(xiàn)存鼠標的弊端現(xiàn)存鼠標的弊端 1、無效移動：鼠標作為標準輸入設備，其本身的使用簡單優(yōu)點必須依賴圖形用戶界面才得以實現(xiàn)，而為了保證軟件界面的一致性，不同軟件的各種可視化操作元素的位置和排列關系通常是固定不變的。這就造成了一個矛盾：鼠標的當前位置與被操作的可視化元素(例如滾動條、快捷按鈕)總會存在距離，為了點擊該元素，用戶必須首先將鼠標移動到該元素上方的狹小區(qū)域內，從鼠標當前位置到可視化元素的移動距離，稱為鼠標的無效移動距離。 2.過度關注：由于在圖形用戶界面中，當前操作對象的確定是

17、依靠移動鼠標以驅動鼠標指針、鼠標指針再指向該目標來實現(xiàn)的，因此用戶在操作中必須時刻注視鼠標指針的位移和速度，并在大腦中快速計算與預期目標的相互位置關系，及時修正鼠標的運動方向和速度，這就造成了一種過于強調技巧性的用戶心理緊張，從而加重用戶的操作負荷。 3、雙擊操作難度大 如果問一個初學者學習鼠標操作中最難的動作是什么，十有八九會答曰：“雙擊”，這個要求在鼠標靜止條件下、確定的時間間隔內連擊兩次鼠標左鍵的動作，幾乎使80%的用戶感到難以掌握。要么是鼠標被移動了，要么是兩次單擊間隔時間過長，而持續(xù)緊張的練習又造成了動作變形。即使在用戶掌握了雙擊操作后，這種操作的弊端也是顯而易見的：增加了點擊鼠標的

18、工作強度進而加速了手腕的疲勞，降低了鼠標按鍵的壽命。 4、單手操作 鼠標的一個缺點就是單手操作，另一只手不能很好地發(fā)揮作用，造成浪費。5、很少考慮用戶保護的健康 長時間地機械重復某些動作容易對用戶造成損傷，特別是當用戶由于生疏而通過變形的動作去頻繁操作時這種隱患尤為明顯。 6.靈敏度低 ,使用有局限性,只能在平坦的地方使用. 7.鼠標輻射影響健康.我們預測的鼠標發(fā)展趨勢我們預測的鼠標發(fā)展趨勢: : 1.遙控式鼠標 遙控器大家肯定都使用過，它能夠方便我們在較遠的距離操控電視。無線鼠標同樣能夠讓我們選擇自己舒適的位置操作電腦，而無須被連接線束縛在電腦前面。他們的共同點是都可以不受連接線的束縛而在合適的位置控制電器，如果能夠將鼠標和遙控