基于MAX7456的視頻分劃瞄準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　視頻字符疊加是在模擬視頻信號(hào)中混入按照視頻時(shí)序格式排列的字符點(diǎn)陣電壓，實(shí)現(xiàn)把封裝在存儲(chǔ)器中的字符數(shù)據(jù)，按照像元位置與掃描時(shí)間的映射關(guān)系，通過模擬開關(guān)與原始視頻圖像信號(hào)切換，合成為新的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)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(dòng)、疊加的字符具有實(shí)時(shí)顯示更新功能、分劃線位置精度要達(dá)到像素級(jí)水平。

　　設(shè)計(jì)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(dòng)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(hào)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(hào)。器件包括輸入鉗位、同步分離器、視頻時(shí)序發(fā)生器、 OSD插入復(fù)用器、非易失字符存儲(chǔ)器、顯示存儲(chǔ)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(dòng)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(hào)。時(shí)鐘輸出信號(hào)支持多個(gè)器件的菊型鏈接。復(fù)合基帶視頻信號(hào)輸入到芯片后，首先經(jīng)過一個(gè)鉗位電路，產(chǎn)生一個(gè)直流偏置電平，可方便片上同步檢測和視頻信號(hào)處理，同時(shí)還可以消除低頻噪聲。同步分離器可從視頻信號(hào)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(chǔ)器中存儲(chǔ)了480個(gè)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(chǔ)器中相應(yīng)單元，字符存儲(chǔ)器是一個(gè)256行 64 Byte寬度的非易失存儲(chǔ)器，預(yù)裝了256個(gè)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(chǔ)器以及字符存儲(chǔ)器。狀態(tài)(STAT)寄存器、顯示存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸出(DMDO)寄存器和字符存儲(chǔ)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(gè)字符由12行×18列像素點(diǎn)組成，每個(gè)像素點(diǎn)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(gè)字符需要54 bit像素?cái)?shù)據(jù)來存儲(chǔ)。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(diǎn)陣像素的狀態(tài)和是否疊加的控制信號(hào)，OSD疊加器根據(jù)控制信號(hào)來選擇輸出視頻信號(hào)還是輸出OSD信號(hào)。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(dòng)器輸出具有2 V/V增益，6 MHz的信號(hào)帶寬，可以驅(qū)動(dòng)兩路150 Ω視頻負(fù)載。

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　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　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(shí)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(shí)現(xiàn)了疊加圖像與場景圖像同顯、手動(dòng)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(chǔ)。其系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示。

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　　考慮到實(shí)現(xiàn)功能以及設(shè)計(jì)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(shí)，本款單片機(jī)同時(shí)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(shí)現(xiàn)全屏幕移動(dòng)的主控芯片，以及傳感器信息的處理器。

　　每個(gè)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(jì)中，將單片機(jī)的4個(gè)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(gè)端口指示燈，當(dāng)單片機(jī)下載程序時(shí)，指示燈紅、綠燈閃爍。當(dāng)單片機(jī)程序運(yùn)行正常時(shí)，指示燈綠燈正常閃爍。圖3所示給出的是MAX7456的硬件電路。

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　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　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(dòng)，分劃線能在水平和垂直方向進(jìn)行移動(dòng)。在分劃線移動(dòng)時(shí)，由于圖形是以字符的形式存儲(chǔ)和顯示，所以，為了實(shí)現(xiàn)分劃線按像素移動(dòng)，需特別注意軟件的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)主要包括：PC機(jī)的軟件設(shè)計(jì)和單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)，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(diǎn)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(dòng)，以及對系統(tǒng)的管理。單片機(jī)程序是系統(tǒng)軟件的重點(diǎn)，主要實(shí)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(dòng)等功能。如圖4所示。

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