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Reinvención del osciloscopio: un ejercicio de diseño

Los autores (Doug y Kris) formaron parte del equipo que diseñó los osciloscopios de la Serie 3000 X de Agilent. Pese al gran éxito cosechado por esos osciloscopios, se creó un nuevo equipo para diseñar la Serie 4000 X, cuyo objetivo consistía en reinventar la interfaz de usuario de los osciloscopios. Si bien algunas características basadas en el hardware, como el disparo de zona, marcan la gran diferencia entre los osciloscopios de la Serie 4000 X y los demás, nuestra meta era mejorar y simplificar la interfaz de usuario.

Mejorar la interfaz de usuario de los osciloscopios no es una tarea precisamente sencilla. Aunque un equipo anterior de Agilent logró simplificar y mejorar los osciloscopios de alto rendimiento hace más de una década con Infiniium, ¿podrían repetir la gesta con los osciloscopios portátiles?

 

 

El osciloscopio portátil tradicional

 

Las interfaces de usuario de los osciloscopios para banco de trabajo se basan en gran medida en los antiguos osciloscopios analógicos. Todas las funciones más importantes tienen mandos y botones específicos. Muchos mandos funcionan del mismo modo en prácticamente todos los osciloscopios, por ejemplo, casi todos cuentan con dos mandos horizontales y dos verticales para cada canal. Entre los botones más habituales se encuentran los de Run/Stop, Single, Autoscale y Zoom. Para muchos usuarios de osciloscopios, la existencia de estas funciones clave en el panel frontal es lo que convierte a un instrumento en un osciloscopio. 

Conviene recordar que los mandos son especialmente eficaces a la hora de controlar valores continuos. Los mandos de escalado incorporan muescas para que los incrementos sean más claros. Los mandos de offset son sensibles a la aceleración. Al pulsar un botón, se conmuta entre los modos grueso y fino. En resumidas cuentas, la existencia de mandos en los osciloscopios no responde únicamente a la tradición. Son una interfaz de usuario extremadamente eficaz para las tareas más habituales que realizan los usuarios de osciloscopios. 

Sin embargo, existen casos en los que los osciloscopios portátiles pueden plantear problemas de uso. Cuando se muestra una lista de opciones en pantalla, los usuarios deben localizar el botón multifunción del panel frontal y girarlo hasta elegir la opción adecuada. La introducción de texto, como los nombres de archivos, puede llevar mucho tiempo. Si un usuario desea utilizar un valor numérico específico que está situado lejos del valor actual, posiblemente deba darle unas cuantas vueltas al botón hasta llegar al valor deseado. Hemos observado que incluso usuarios de osciloscopios muy experimentados pueden tener dificultades para aprender a hacer estas tareas en un osciloscopio con el que no están familiarizados. Hay que reconocer que estas funciones no son tan importantes como cambiar el tiempo por división, pero la mayoría de los usuarios las necesitan tarde o temprano. 

 

Cambios espectaculares en la electrónica de consumo

 

Es evidente que durante la última década se han producido grandes cambios en las interfaces de usuario de los productos electrónicos de consumo. Hoy en día los smartphones y las tabletas son muy populares. Esto ha cambiado radicalmente las expectativas de los usuarios de osciloscopios, porque la mayoría de ellos pasan más tiempo utilizando sus teléfonos y tabletas que utilizando el equipo de prueba. 

Con esto no queremos decir que los osciloscopios tengan que funcionar igual que los iPads. De hecho, se usan con fines muy distintos. Lo más importante es que las interfaces de usuario que eran poco habituales hace tan solo una década están ahora muy difundidas. Lo que mayor repercusión ha tenido en las interfaces de usuario ha sido la aparición de la pantalla táctil. El uso de los smartphones y las tabletas se realiza de forma casi exclusiva mediante el tacto y, para los usuarios, tocar los objetos de sus interfaces de usuario para interactuar con ellos ha pasado a ser algo casi instintivo. 

El reto al que nos enfrentábamos era complejo. ¿Existe alguna forma de aprovechar los conceptos de la revolución que han vivido los productos de electrónica de consumo y, al mismo tiempo, mantener los mejores elementos de las interfaces de usuario de los osciloscopios tradicionales?

 

Primer paso: investigar

 

Nuestra primera tarea fue hablar con muchos usuarios de osciloscopios para banco de trabajo. La primera pregunta que formulábamos en las entrevistas era: “¿Qué opina de las pantallas táctiles en los instrumentos?” La inmensa mayoría de las respuestas fueron negativas. Sin embargo, a medida que profundizábamos en el problema y les mostrábamos que las interfaces de usuario podían mejorarse integrando pantallas táctiles, las respuestas fueron casi siempre positivas. El motivo de esta supuesta contradicción radicaba en la experiencia previa del usuario con pantallas táctiles de instrumentos que no eran fáciles de utilizar porque no estaban bien diseñadas. La cuestión clave es cómo incorporar nuevos conceptos táctiles sin mermar la sencillez que esperan los usuarios de osciloscopios para banco de trabajo. Añadir sin más una pantalla táctil a un osciloscopio no lo mejora en absoluto.

 

Nueva filosofía de diseño

 

A partir de los datos obtenidos en la fase de investigación, decidimos adoptar como enfoque el de aprovechar “lo mejor de los dos mundos”. En otras palabras, decidimos conservar las partes de las interfaces de usuario de los osciloscopios para banco de trabajo que más les gustan a los usuarios, como los mandos y los botones del panel frontal. Los menús de teclas programables, que muchos usuarios prefieren por su sencillez, también se mantendrían. Las funciones táctiles se utilizarían de forma estratégica para mejorar la interfaz de usuario en aquellos casos en los que permitiría marcar una gran diferencia. Otra forma de describir este enfoque sería un “osciloscopio tradicional mejorado con funciones táctiles”.  

Esto significa que, con el osciloscopio de la Serie 4000 X, todas las funciones de osciloscopio tradicionales pueden utilizarse sin tocar la pantalla (la única función que solo está disponible en formato táctil es el disparo de zona, que es exclusiva de los osciloscopios de la Serie 4000 X). Un usuario de la Serie 3000 X puede empezar a trabajar con la Serie 4000 X y utilizarla exactamente del mismo modo.

Existen varios osciloscopios para banco de trabajo que integran capacidad táctil, pero no han sido diseñados tomando como eje las funciones táctiles. En primer lugar, utilizan pantallas táctiles resistivas, que no son tan fáciles de usar como las capacitivas de las tabletas o los smartphones. En segundo lugar, esos osciloscopios son más funcionales con un ratón que con el dedo. En un dispositivo de consumo se tiene en cuenta el objetivo táctil; si cuesta mucho poder tocar algo, el uso del dispositivo resulta más complicado. En la Serie 4000 X, el tamaño del objetivo táctil ha sido diseñado en la interfaz de usuario desde el principio, para que funcione del modo que el usuario ya tiene interiorizado.

 

Menús emergentes

 

En la Serie 4000 X se emplean menús emergentes para varias funciones de configuración, como la selección de la fuente de disparo. Sin una pantalla táctil, los usuarios primero tocan el botón de disparo del panel frontal para ver en pantalla el menú de disparo. A continuación, tocan la tecla de hardware de la fuente de disparo para mostrar los canales disponibles y vuelven a desplazar la mano hasta el panel frontal con el fin de girar el mando multifunción para seleccionar la opción deseada. Sin embargo, uno de los conceptos que más entusiasmaba a los usuarios en relación con las pantallas táctiles era el de la “manipulación directa”. Con una pantalla táctil, no es necesario mover la mano desde las teclas de hardware hasta el mando multifunción, porque los usuarios no tienen más que tocar su selección directamente en la pantalla. Puesto que los usuarios hacen eso mismo con mucha frecuencia con sus smartphones y tabletas, es totalmente intuitivo, y los usuarios sin experiencia con osciloscopios no precisan ninguna formación para utilizarlos. Esto no cambia el método de acceso al menú de disparo ni repercute en modo alguno en el diseño del menú de disparo. 

Otro factor que hay que tener en cuenta es cómo satisfacer a los usuarios a los que les gustaba utilizar el mando multifunción. Pueden seguir utilizándolo igual que siempre para seleccionar elementos de los menús, ya que la filosofía de diseño consiste en añadir nuevas capacidades mediante funciones táctiles sin eliminar capacidades existentes. 

 

Teclados

 

Tradicionalmente, para modificar valores numéricos en los osciloscopios se utilizaba un mando giratorio. En la mayoría de los casos, esta interfaz es magnífica, puesto que los usuarios pueden ver los cambios en las formas de onda a medida que hacen girar el mando. En otras palabras, los usuarios no tienen que tener ningún valor en mente cuando empiezan. En estos casos, utilizar un mando es una solución perfecta. Sin embargo, hay casos en los que el usuario tiene en mente un valor específico. Por ejemplo, al configurar un disparo de anchura de pulso, el usuario quizá tenga una idea sobre cuál debería ser la anchura. En este caso resulta más sencillo introducir el valor desde un teclado emergente. 

En la Figura 1 podemos ver un ejemplo. El diseño es muy parecido al de los que se utilizan en los osciloscopios Infiniium. Observe que existen unas teclas “de potencia” para introducir kilo, mili, micro, etc. Aunque los valores más importantes del osciloscopio tienen mandos específicos, puede darse el caso de que el usuario desee introducir un valor concreto. Uno de los principios empleados en la Serie 4000 X es el de la manipulación directa. Esto significa que los usuarios pueden tocar un elemento de la pantalla para interactuar con él. En el caso de los números, si un usuario desea modificar un número, con solo tocarlo se abrirá un teclado. Observe la cantidad de números que se ven en la Figura 2, como la escala horizontal y el offset cerca del botón H. Al tocar cada uno de ellos, se abrirá un teclado. No obstante, los más importantes, como los controles horizontales, tienen su propio diálogo especial, como se ve en la Figura 3. También en este caso se dispone de más de una forma de cambiar estos valores. Los mandos horizontales siguen estando ahí y se pueden utilizar como siempre. Los teclados también pueden utilizarse para introducir texto, como los nombres de los archivos o las etiquetas de los canales, tal como se muestra en la Figura 4. Aunque se puede seguir utilizando el mando multifunción para la introducción de texto, por lo general será mucho más eficaz emplear el teclado.

Manipulación de formas de onda

 

Otra ventaja de utilizar capacidades táctiles es permitir que los usuarios toquen y arrastren formas de onda. Para mover una forma de onda horizontalmente, solo hay que tocar la pantalla y mover el dedo en dirección horizontal a cualquier lugar de la cuadrícula. Este gesto es muy normal para cualquier usuario de una tableta o un smartphone. 

Para mover las formas de onda hacia arriba o hacia abajo, basta con tocar el icono de conexión a tierra visible en el lateral y arrastrarlo. La zona que rodea al icono está activa para que el objetivo táctil sea lo suficientemente grande. Observe que la etiqueta (“clock”) también está activa para ofrecer a los usuarios un objetivo táctil mayor. 

 

El motivo de que los usuarios puedan mover la forma de onda horizontalmente tocando en cualquier parte de la cuadrícula es que existen dos modos táctiles: la manipulación de formas de onda y el cuadro de zoom. Puesto que los dos modos entran en conflicto entre sí, los usuarios deben elegir uno de ellos utilizando los botones que se muestran en la Figura 6. Si no se utilizaran estos modos, sería muy fácil que los usuarios arrastraran accidentalmente un cuadro de zoom cuando lo que pretendían era mover una forma de onda, o al revés. En este caso, los modos simplifican enormemente la manipulación de formas de onda y el cuadro de zoom (que se describe más adelante). 

 

Barra lateral personalizable

 

La Serie 3000 X utilizaba una barra lateral para mostrar información adicional, como las ubicaciones de los cursores y los valores de medida, sin tapar la cuadrícula. 

La principal ventaja de las funciones táctiles es que los usuarios pueden configurar los datos para que aparezcan en la barra lateral mediante un menú emergente. Aunque esta funcionalidad podría estar disponible en una interfaz de usuario con teclas programables, los usuarios tendrían grandes dificultades para encontrarla. 

Con una pantalla táctil, la forma de personalizar la barra lateral es evidente, puesto que el botón se encuentra en la esquina superior derecha de la misma barra lateral. En la Figura 7, la barra lateral muestra datos de cursor, pero podría configurarse para que muestre sondas, medidas, DVM o muchos otros tipos de datos. 

Una de las limitaciones de la mayoría de los osciloscopios es que resulta muy difícil ver al mismo tiempo medidas y datos de cursor. Esto es aplicable a los osciloscopios que utilizan teclas programables, pero la mayoría de los osciloscopios de alto rendimiento también experimentan este problema. 

Con la incorporación de funciones táctiles en los osciloscopios de la Serie 4000 X, los usuarios pueden arrastrar una o más barras laterales y situarlas en la cuadrícula. 

Por ejemplo, en la Figura 8, las medidas se encuentran en la cuadrícula, mientras que los datos de cursor se muestran en la barra lateral. Esto es mejor a la hora de documentar y, por lo general, permite adaptar la interfaz de usuario en función de las necesidades.

Observe que el área de las medidas puede hacerse transparente para no tapar las formas de onda que tiene detrás. Huelga decir que colocar los datos de la barra lateral sobre la cuadrícula es totalmente opcional. 

De este modo, si los usuarios lo prefieren, pueden mantener su cuadrícula limpia. 

Cuadros de zoom y disparo de zona

 

Los cuadros de zoom se utilizan para dibujar un área de interés y ampliarla (Figura 9). De este modo, el zoom es muy preciso y puede conseguirse más rápido que girando mandos, ya que en una sola acción se tienen en cuenta tanto la escala vertical y horizontal como el offset vertical y horizontal. Ya hace años que los osciloscopios de alto rendimiento incorporan esta funcionalidad, que no estaba disponible en los osciloscopios para banco de trabajo porque no tenían un método para dibujar el cuadro. 

La Serie 4000 X también incorpora un disparo de zona. En este caso, el usuario especifica una región de la pantalla donde la forma de onda debe o no debe entrar. Puesto que se trata de un disparo visual, es muy sencillo especificar disparos que resultan difíciles de describir utilizando disparos de osciloscopio tradicionales. Por ejemplo, un usuario puede ver un glitch que aparece de vez en cuando en una parte de la pantalla. Dibujando un disparo de zona, el usuario podrá disparar sobre él de inmediato. También en este caso la pantalla táctil aporta una nueva funcionalidad práctica a los osciloscopios para banco de trabajo. En teoría, un disparo de zona podría dibujarse con un mando, pero el proceso sería tan complicado que muy pocos usuarios aprenderían a utilizarlo. Por tanto, la pantalla táctil hace posible el uso del disparo de zona. 

 

Conclusión

 

Si bien las interfaces de usuario de los osciloscopios para banco de trabajo se han mostrado muy eficaces en la mayoría de las tareas, se pueden aprovechar nuevos conceptos de los productos de electrónica de consumo, como las tabletas. 

El motivo para realizar estas mejoras no consiste en cambiar los fundamentos de la interacción de los usuarios con los osciloscopios, sino en proporcionar nuevos métodos más sencillos y ofrecer nuevas funcionalidades, como barras laterales personalizables y disparo de zona. El resultado es un producto que resulta atractivo para los usuarios de osciloscopios tradicionales y que, al mismo tiempo, ofrece un aprendizaje más sencillo a los nuevos ingenieros. 

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