深入解析NHD - 0216K1Z - FL - GBW字符液晶显示模块

在电子设计领域，液晶显示模块是人机交互的重要组成部分。今天我们来详细剖析Newhaven Display International公司的NHD - 0216K1Z - FL - GBW字符液晶显示模块，为电子工程师们在设计中提供参考。

文件下载：NHD-0216K1Z-FL-GBW.pdf

一、产品概述

NHD - 0216K1Z - FL - GBW是一款2行16字符的液晶显示模块，内置ST7066U控制器，采用+5.0V电源供电，具有1/16 duty、1/5 bias的特性，并且符合RoHS标准。其型号各部分含义如下：

• NHD - ：代表Newhaven Display
• 0216 - ：表示2行16字符
• K1Z - ：为具体型号
• F - ：表示半反半透
• L - ：采用黄/绿色LED背光
• G - ：STN正性 - 灰色
• B - ：6:00最佳视角
• W - ：宽温度范围

二、引脚说明与接线图

Pin No.	Symbol	External Connection	Function Description
1	VSS	Power Supply	接地
2	VDD	Power Supply	逻辑电源电压（+5.0V）
3	V0	Adj Power Supply	对比度电源电压（约1.3V）
4	RS	MPU	寄存器选择信号，RS = 0为命令，RS = 1为数据
5	R/W	MPU	读写选择信号，R/W = 1为读，R/W = 0为写
6	E	MPU	操作使能信号，下降沿触发
7 - 10	DB0 – DB3	MPU	四位低阶双向三态数据总线，4位操作时不使用
11 - 14	DB4 – DB7	MPU	四位高阶双向三态数据总线
15	LED+	Power Supply	背光阳极（通过板载电阻接+5.0V）
16	LED -	Power Supply	背光阴极（接地）

推荐的LCD连接器为2.54mm间距引脚，不过文档中未提及背光连接器的匹配信息。

三、电气与光学特性

1. 电气特性

Item	Symbol	Condition	Min.	Typ.	Max.	Unit
工作温度范围	TOP	绝对最大	-20	-	+70	⁰C
存储温度范围	TST	绝对最大	-30	-	+80	⁰C
电源电压	VDD	-	4.5	5.0	5.5	V
电源电流	IDD	VDD = 5.0V	0.5	1.0	2.0	mA
LCD电源（对比度）	VDD - V0	TOP = 25°C	3.6	3.7	3.8	V
“H” 电平输入	VIH	-	0.7 * VDD	-	VDD	V
“L” 电平输入	VIL	-	VSS	-	0.6	V
“H” 电平输出	VOH	-	3.9	-	VDD	V
“L” 电平输出	VOL	-	VSS	-	0.4	V
背光电源电压	VLED	-	4.9	5.0	5.1	V
背光电源电流	ILED	VLED = 5.0V	65	130	156	mA

2. 光学特性

Item			Symbol	Condition	Min.	Typ.	Max.	Unit
最佳视角	上		ϕY+	Cr ≥ 2	-	20	-	⁰
下		ϕY -	-	40	-	⁰
左		θX -	-	30	-	⁰
右			θX+	-	30	-	⁰
对比度			Cr	-	-	3	-	-
响应时间	上升		TR	-	-	150	200	ms
下降	TF	-	-	150	200	ms

四、控制器信息

模块内置ST7066U控制器，其详细规格可从http://www.newhavendisplay.com/app_notes/ST7066U.pdf下载。DDRAM地址分配如下：	1	2	3	4	5	6	7	8	9	14
							00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F
							40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F

五、指令表

Instruction	Instruction code										Description	270 KHZ Execution time (fosc=
RS									R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
清屏	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	向DDRAM写入 “20H” 并将DDRAM地址从AC设置为 “00H”	1.52ms
返回主页	0	0	0	0	0	0	0	0	1	-	将DDRAM地址从AC设置为 “00H” ，若光标移动则返回原位置，DDRAM内容不变	1.52ms
输入模式设置	0	0	0	0	0	0	0	1	I/D	SH	设置光标移动方向并指定显示移位，在数据读写时执行	37µs
显示开/关控制	0	0	0	0	0	0	1	D	C	B	D = 1：整个显示开启；C = 1：光标开启；B = 1：闪烁光标开启	37µs
光标或显示移位	0	0	0	0	0	1	S/C	R/L	-	-	设置光标移动和显示移位控制位及方向，不改变DDRAM数据	37µs
功能设置	0	0	0	0	1	DL	N	F	-	-	DL：接口数据为8/4位；N：行数为2/1；F：字体大小为5x11/5x8	37µs
设置CGRAM地址	0	0	0	1						AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0	在地址计数器中设置CGRAM地址	37µs
设置DDRAM地址	0	0	1							AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0	在地址计数器中设置DDRAM地址	37µs
读取忙标志和地址	0	1	BF							AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0	通过读取BF可知是否处于内部操作，也可读取地址计数器内容	0s
向地址写入数据	1	0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	向内部RAM（DDRAM/CGRAM）写入数据	37µs
从RAM读取数据	1	1	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	从内部RAM（DDRAM/CGRAM）读取数据	37µs

六、时序特性

1. MPU向ST7066U写入数据

Tc	使能周期时间	Pin E	1200			ns
TPW	使能脉冲宽度	Pin E	140			ns
TR,TF	使能上升/下降时间	Pin E			25	ns
TAS	地址建立时间	Pins: RS,RW,E	0	0		ns
TAH	地址保持时间	Pins: RS,RW,E	10	-		ns
TDSW	数据建立时间	Pins: DB0 - DB7	40	-		ns
TH	数据保持时间	Pins: DB0 - DB7	10			ns

2. ST7066U向MPU读取数据

Tc	使能周期时间	Pin E	1200		-	ns
TPW	使能脉冲宽度	Pin E	140			ns
TR,TF	使能上升/下降时间	Pin E		-	25	ns
TAS	地址建立时间	Pins: RS,RW,E	0	0		ns
TAH	地址保持时间	Pins: RS,RW,E	10			ns
TDDR	数据建立时间	Pins: DB0 - DB7	-		100	ns
TH	数据保持时间	Pins: DB0 - DB7	10			ns

七、内置字体表

文档中给出了内置字体表，但由于格式问题，这里不再详细列出。大家在实际使用中可根据文档中的表格进行字符显示的设计。

八、初始化程序示例

1. 8位初始化

/**********************************************************/ 
void command(char i) { 
    P1 = i; //put data on output Port 
    D_I = 0; //D/I=LOW : send instruction 
    E = 1; 
    Delay(1); 
    RW = 0; //R/W=LOW:Write
    Delay(1); //enable pulse width >= 300ns 
    E = 0; //Clock enable: falling edge 
}

void write(char i) {
    P1 = i; //put data on output Port 
    D_I = 1; //D/I=HIGH : send data 
    RW = 0; //R/W=LOW : Write
    E = 1; 
    Delay(1);
    E = 0; //Clock enable: falling edge 
}

void init() {
    E = 0; 
    Delay(100); //Wait >40 msec after power is applied 
    command(0x30); //command 0x30 = Wake up 
    Delay(30); //must wait 5ms, busy flag not available 
    command(0x30); //command 0x30 = Wake up #2 
    Delay(10); //must wait 160us, busy flag not available 
    command(0x30); //command 0x30 = Wake up #3 
    Delay(10); //must wait 160us, busy flag not available 
    command(0x38); //Function set: 8-bit/2-line 
    command(0x0c); //Display ON; Cursor ON 
    command(0x06); //Entry mode set 
}

2. 4位初始化

void command(char i) {
    P1 = i; //put data on output Port 
    D_I = 0; //D/I=LOW : send instruction 
    RW = 0; 
    Nybble(); //Send lower 4 bits 
    i = i < < 4; //Shift over by 4 bits 
    P1 = i; //put data on output Port 
    Nybble(); //Send upper 4 bits 
}

void write(char i) {
    P1 = i; //put data on output Port 
    D_I = 1; //D/I=HIGH : send data 
    RW = 0; 
    Nybble(); //Clock lower 4 bits 
    i = i < < 4; //Shift over by 4 bits 
    P1 = i; //put data on output Port 
    Nybble(); //Clock upper 4 bits 
}

void Nybble() {
    E = 1; 
    Delay(1); //enable pulse width >= 300ns 
    E = 0; //Clock enable: falling edge 
}

void init() {
    P1 = 0; 
    P3 = 0; 
    Delay(100); //Wait >40 msec after power is applied 
    P1 = 0x30; //put 0x30 on the output port 
    Delay(30); //must wait 5ms, busy flag not available 
    Nybble(); //command 0x30 = Wake up 
    Delay(10); //must wait 160us, busy flag not available 
    Nybble(); //command 0x30 = Wake up #2 
    Delay(10); //must wait 160us, busy flag not available 
    Nybble(); //command 0x30 = Wake up #3 
    Delay(10); //can check busy flag now instead of delay 
    P1 = 0x20; //put 0x20 on the output port 
    Nybble(); //Function set: 4-bit interface 
    command(0x28); //Function set: 4-bit/2-line 
    command(0x0F); //Display ON; Blinking cursor 
    command(0x06); //Entry Mode set 
}

九、质量信息与注意事项

1. 质量测试

Test Item	Content of Test	Test Condition	Note
高温存储	长时间施加高存储温度的耐久性测试	+80⁰C , 200hrs	2
低温存储	长时间施加低存储温度的耐久性测试	-30⁰C , 200hrs	1,2
高温操作	长时间施加电应力（电压和电流）和高热应力的耐久性测试	+70⁰C 200hrs	2
低温操作	长时间施加电应力（电压和电流）和低热应力的耐久性测试	-20⁰C , 200hrs	1,2
高温/湿度操作	长时间施加电应力（电压和电流）以及高温高湿应力的耐久性测试	+60⁰C , 90% RH , 96hrs	1,2
热冲击抗性	在高低热应力循环期间施加电应力（电压和电流）的耐久性测试	-20⁰C,30min -> 25⁰C,5min -> 70⁰C,30min = 1 cycle 10 cycles
振动测试	施加振动以模拟运输和使用的耐久性测试	10 - 55Hz , 1.5mm振幅。每个X、Y、Z方向60秒，共15分钟	3
静电测试	施加静电放电的耐久性测试	空气：±800V 150pF/330Ω，5次；接触：±600V 150pF/330Ω，5次

2. 注意事项

• 注意1：测试过程中不应观察到冷凝现象。
• 注意2：在25⁰C、0%RH下存储4小时后