基于MAX7456的視頻分劃瞄準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計

　　視頻字符疊加是在模擬視頻信號中混入按照視頻時序格式排列的字符點陣電壓，實現(xiàn)把封裝在存儲器中的字符數(shù)據(jù)，按照像元位置與掃描時間的映射關(guān)系，通過模擬開關(guān)與原始視頻圖像信號切換，合成為新的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號輸出，從而在屏幕的指定位置上顯示出人為添加的字符信息。它與普通視頻字符疊加系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)別就是疊加分劃線要進(jìn)行可控二維滿屏移動、疊加的字符具有實時顯示更新功能、分劃線位置精度要達(dá)到像素級水平。

　　設(shè)計采用模塊化方式，硬件系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，集成度高，具有通用性，能與火控系統(tǒng)結(jié)為一體，也能與其他功能模塊結(jié)合，形成能夠自動測距、測速、調(diào)整放大倍率和修正偏差的全天候觀、測、瞄合一的綜合瞄準(zhǔn)設(shè)備，提高了武器的作戰(zhàn)效能，使單兵戰(zhàn)斗武器具備全天候的精確射擊能力。

　　1 MAX7456結(jié)構(gòu)及工作原理

　　MAX7456單通道單色隨屏顯示(OSD)發(fā)生器為本視頻分劃瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的核心，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖1所示。它集成了產(chǎn)生用戶定義的 OSD并加載到輸出信號所需的全部功能。MAX7456能夠接收NTSC制式或PAL制式復(fù)合視頻信號。器件包括輸入鉗位、同步分離器、視頻時序發(fā)生器、 OSD插入復(fù)用器、非易失字符存儲器、顯示存儲器、OSD發(fā)生器、晶體振蕩器以及讀/寫OSD數(shù)據(jù)的SPI兼容接口和視頻驅(qū)動器等。

?????? 此外，MAX 7456還為系統(tǒng)同步提供場同步、行同步和同步丟失輸出信號。時鐘輸出信號支持多個器件的菊型鏈接。復(fù)合基帶視頻信號輸入到芯片后，首先經(jīng)過一個鉗位電路，產(chǎn)生一個直流偏置電平，可方便片上同步檢測和視頻信號處理，同時還可以消除低頻噪聲。同步分離器可從視頻信號中分離出行同步和場同步，并可用作字符疊加同步與失同步的檢測。顯示存儲器中存儲了480個字符地址，疊加的字符或圖片信息根據(jù)這些地址被存到字符存儲器中相應(yīng)單元，字符存儲器是一個256行 64 Byte寬度的非易失存儲器，預(yù)裝了256個字符和圖形，用戶可通過SPI兼容串行接口可以設(shè)置工作模式、顯示存儲器以及字符存儲器。狀態(tài)(STAT)寄存器、顯示存儲器數(shù)據(jù)輸出(DMDO)寄存器和字符存儲器數(shù)據(jù)輸出(CNDO)寄存器都可讀，可以對其進(jìn)行寫操作和讀操作。每個字符由12行×18列像素點組成，每個像素點用2 Byte數(shù)據(jù)表示表示3種狀態(tài)即白色、黑色和透明，因此每個字符需要54 bit像素數(shù)據(jù)來存儲。另外，它還具有特殊的字符顯示功能，例如：閃爍、反色、背景控制等。OSD發(fā)生器產(chǎn)生OSD點陣像素的狀態(tài)和是否疊加的控制信號，OSD疊加器根據(jù)控制信號來選擇輸出視頻信號還是輸出OSD信號。補(bǔ)償電路可以通過較小的輸出耦合電容來降低線路失真。該器件的視頻驅(qū)動器輸出具有2 V/V增益，6 MHz的信號帶寬，可以驅(qū)動兩路150 Ω視頻負(fù)載。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　本主系統(tǒng)由CCD視頻圖像采集器、單片機(jī)、MAX7456視頻疊加顯示芯片、供電電路、顯示器、鍵盤及相關(guān)電路系統(tǒng)組成，同時預(yù)留溫度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、電子羅盤、激光測距儀接口，實現(xiàn)了疊加圖像與場景圖像同顯、手動調(diào)節(jié)瞄準(zhǔn)用十字分劃位置。外接12 V鋰電池供電，經(jīng)7805轉(zhuǎn)化為供單片機(jī)使用的5 V，系統(tǒng)設(shè)置提供掉電存儲。其系統(tǒng)硬件設(shè)計原理框圖如圖2所示。

　　考慮到實現(xiàn)功能以及設(shè)計小型化的要求，系統(tǒng)采用STC12C5608單片機(jī)作為主控芯片，它采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，可以滿足多方面的性能要求，高性能、低成本、低功耗、小體積特別適合于集成度要求高、充電不便的場合。同時，本款單片機(jī)同時具備SPI串行接口和UART串行接口，由于MAX7456視頻疊加模塊只有SPI兼容串行接口而沒有UART接口，所以單片機(jī)不但充當(dāng)上位機(jī)通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到MAX7456視頻疊加芯片的中介，而且也作為十字分劃線在鍵盤控制下實現(xiàn)全屏幕移動的主控芯片，以及傳感器信息的處理器。

　　每個單片機(jī)控制一片視頻疊加芯片，SPI通信方式采用單主機(jī)單從機(jī)的配置模式，在設(shè)計中，將單片機(jī)的4個引腳P1.4(\SS)、P1.5(N- OSI)、P1.6(MISO)、P1.7(SCLK)分別和MAX7456視頻疊加芯片的對應(yīng)端口相接。為了方便觀察與調(diào)試，設(shè)置單片機(jī)電源指示燈，通電紅指示燈亮。在單片機(jī)引腳上加了一個端口指示燈，當(dāng)單片機(jī)下載程序時，指示燈紅、綠燈閃爍。當(dāng)單片機(jī)程序運行正常時，指示燈綠燈正常閃爍。圖3所示給出的是MAX7456的硬件電路。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　為適應(yīng)對多種目標(biāo)在各種環(huán)境下的瞄準(zhǔn)射擊，可用十字分劃瞄準(zhǔn)射擊。輕武器視頻電子槍瞄準(zhǔn)疊加與普通視頻字符疊加的關(guān)鍵區(qū)別就是，疊加分劃線要進(jìn)行可控二維滿屏移動，分劃線能在水平和垂直方向進(jìn)行移動。在分劃線移動時，由于圖形是以字符的形式存儲和顯示，所以，為了實現(xiàn)分劃線按像素移動，需特別注意軟件的實現(xiàn)。設(shè)計主要包括：PC機(jī)的軟件設(shè)計和單片機(jī)軟件設(shè)計，它們共同完成十字分劃瞄準(zhǔn)線、相關(guān)字符提示信息以及傳感器獲取信息的疊加。PC機(jī)軟件主要完成對MAX7456字庫點陣信息的編碼，字符信息的更改，字符、十字分劃線位置的移動，以及對系統(tǒng)的管理。單片機(jī)程序是系統(tǒng)軟件的重點，主要實現(xiàn)修改字符串、顯示字符串、清除字符串、十字分劃線的全屏移動等功能。如圖4所示。