基于MAX7456的視頻電子分劃疊加系統設計

長(cháng)期以來(lái)，部隊執勤、反恐所使用的輕武器大部分使用機械瞄準，即三點(diǎn)一線(xiàn)，這種依靠射手目視估計運動(dòng)目標的距離、方向、速度，判斷瞄準位置的方式射擊命中率低，射擊人員暴露，對人身安全帶來(lái)威脅。為了提高部隊作戰靈活性、晝夜作戰能力以及自我保護能力，近年來(lái)單兵武器配備符合機動(dòng)性要求的小型化(微光、熱成像、可見(jiàn)光CCD)視頻電子瞄具，已成為重要的發(fā)展方向。輕武器視頻瞄準器是美軍
“地面勇士”系統中單兵作戰頭盔化夜視眼鏡的基本載體。
視頻字符疊加是在模擬視頻信號中混入按照視頻時(shí)序格式排列的字符點(diǎn)陣電壓，實(shí)現把封裝在存儲器中的字符數據，按照像元位置與掃描時(shí)間的映射關(guān)系，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)與原始視頻圖像信號切換，合成為新的標準視頻信號輸出，從而在屏幕的指定位置上顯示出人為添加的字符信息。輕武器視頻電子分劃瞄準系統摒棄了傳統的機械瞄準，將瞄準十字分劃與視頻圖像信號進(jìn)行電子疊加，用十字分劃壓住目標進(jìn)行射擊，瞄準精度較高，而且可根據環(huán)境溫度、風(fēng)速等因素改變瞄準分化，構成簡(jiǎn)易電子火控系統，提高射擊的一次命中率。同時(shí)，這也能改變傳統射擊方式，真正實(shí)現人槍分離，提高官兵的自我保護能力。它與普通視頻字符疊加系統的關(guān)鍵區別就是疊加分劃線(xiàn)要進(jìn)行可控二維滿(mǎn)屏移動(dòng)、疊加的字符具有實(shí)時(shí)顯示更新功能、分劃線(xiàn)位置精度要達到像素級水平。設計采用模塊化方式，硬件系統可靠性強，集成度高，具有
通用性，能與火控系統結為一體，也能與其他功能模塊結合，形成能夠自動(dòng)測距、測速、調整放大倍率和修正偏差的全天候觀(guān)、測、瞄合一的綜合瞄準設備，提高了武器的作戰效能，使單兵戰斗武器具備全天候的精確射擊能力。

1 MAX7456結構及工作原理
MAX7456單通道單色隨屏顯示(OSD)發(fā)生器為本視頻分劃瞄準系統的核心，其內部結構和引腳如圖1所示。它集成了產(chǎn)生用戶(hù)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制式復合視頻信號。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(xiě)OSD數據的SPI兼容接口和視頻驅動(dòng)器等。此外，MAX 7456還為系統同步提供場(chǎng)同步、行同步和同步丟失輸出信號。時(shí)鐘輸出信號支持多個(gè)器件的菊型鏈接。復合基帶視頻信號輸入到芯片后，首先經(jīng)過(guò)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中分離出行同步和場(chǎng)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(gè)字符地址，疊加的字符或圖片信息根據這些地址被存到字符存儲器中相應單元，字符存儲器是一個(gè)256行64 Byte寬度的非易失存儲器，預裝了256個(gè)字符和圖形，用戶(hù)可通過(guò)SPI兼容串行接口可以設置工作模式、顯示存儲器以及字符存儲器。狀態(tài)(STAT)寄存器、顯示存儲器數據輸出(DMDO)寄存器和字符存儲器數據輸出(CNDO)寄存器都可讀，可以對其進(jìn)行寫(xiě)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數據表示表示3種狀態(tài)即白色、黑色和透明，因此每個(gè)字符需要54 bit像素數據來(lái)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(diǎn)陣像素的狀態(tài)和是否疊加的控制信號，OSD疊加器根據控制信號來(lái)選擇輸出視頻信號還是輸出OSD信號。補償電路可以通過(guò)較小的輸出耦合電容來(lái)降低線(xiàn)路失真。該器件的視頻驅動(dòng)器輸出具有2 V／V增益，6 MHz的信號帶寬，可以驅動(dòng)兩路150 Ω視頻負載。

2 系統總體設計
本主系統由CCD視頻圖像采集器、單片機、MAX7456視頻疊加顯示芯片、供電電路、顯示器、鍵盤(pán)及相關(guān)電路系統組成，同時(shí)預留溫度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、電子羅盤(pán)、激光測距儀接口，實(shí)現了疊加圖像與場(chǎng)景圖像同顯、手動(dòng)調節瞄準用十字分劃位置。外接12 V鋰電池供電，經(jīng)7805轉化為供單片機使用的5 V，系統設置提供掉電存儲。其系統硬件設計原理框圖如圖2所示。

考慮到實(shí)現功能以及設計小型化的要求，系統采用STC12C5608單片機作為主控芯片，它采用了高性能的處理器結構，可以滿(mǎn)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(chǎng)合。同時(shí)，本款單片機同時(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(méi)有UART接口，所以單片機不但充當上位機通過(guò)串口發(fā)送數據到MAX7456視頻疊加芯片的中介，而且也作為十字分劃線(xiàn)在鍵盤(pán)控制下實(shí)現全屏幕移動(dòng)的主控芯片，以及傳感器信息的處理器。