探索NHD - 0420E2Z - 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件。今天我们来深入了解Newhaven Display International推出的NHD - 0420E2Z - FL - GBW字符液晶显示模块，看看它有哪些特性和应用要点。

文件下载：NHD-0420E2Z-FL-GBW.pdf

一、模块概述

1. 型号含义

NHD - 0420E2Z - FL - GBW这个型号包含了丰富的信息：

• “NHD - ”代表Newhaven Display。
• “0420 - ”表示该模块有4行，每行可显示20个字符。
• “E2Z - ”是具体的型号标识。
• “F - ”代表半反半透模式。
• “L - ”说明采用黄/绿色LED背光。
• “G - ”表示STN正性、灰色显示。
• “B - ”意味着最佳视角为6:00方向。
• “W - ”表示宽温度范围，且该模块符合RoHS标准。

2. 功能与特性

• 显示能力：具备4行×20字符的显示能力，能满足较多信息的展示需求。
• 内置控制器：内置ST7066U控制器，这为模块的稳定运行提供了保障。
• 电源要求：采用+5.0V电源供电，工作在1/16 duty、1/5 bias的模式下。

二、模块的机械与电气特性

1. 机械绘图

模块的机械绘图信息属于Newhaven Display International的专有财产，未经许可不得复制、再现或披露。这也提醒我们在使用相关设计时要遵守知识产权规定。

2. 引脚描述与接线图

引脚编号	符号	外部连接	功能描述
1	VSS	电源地	提供电源接地
2	VDD	电源	为逻辑电路提供+5.0V供电
3	V0	电源	提供对比度调节电压（约0.5V）
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	低四位双向三态数据总线，4位操作时不使用
11 - 14	DB4 - DB7	MPU	高四位双向三态数据总线
15	LED+	电源	背光阳极（通过板载电阻接+5.0V）
16	LED -	电源	背光阴极（接地）

推荐使用2.54mm间距的引脚作为LCD连接器。

3. 电气特性

项目	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
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	3.0	5.0	mA
液晶对比度电源	VLCD	TOP = 25°C	4.3	4.5	4.7	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
背光电源电流	ILED	-	-	250	300	mA
背光电源电压	VLED	ILED = 250mA	4.8	5.0	5.2	V

这里需要注意，背光的LED由电流驱动，驱动电压仅作参考，必须选择合适的驱动电压以确保背光电流在最大允许值以下。

4. 光学特性

项目		符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
最佳视角	顶部	ϕY+	CR ≥ 2	-	40	-	°
	底部	ϕY -	-	60	-	°
	左侧	θX -	-	60	-	°
	右侧	θX+	-	60	-	°
对比度	CR	-	-	2	5	-	-
响应时间	上升	TR	TOP = 25°C	-	150	250	ms
	下降	TF	-	200	300	ms

这些光学特性决定了模块在不同视角下的显示效果和响应速度，对于实际应用中的显示效果评估非常重要。

三、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。了解控制器的规格有助于我们更好地对模块进行编程和控制。

1. DDRAM地址

DDRAM地址分布如下：	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11		12	13	14
						00 01 02 03 04 05 06	07 08		09				0A 0B 0C 0D 0E 0F 10 11 12 13
						40 41 42 43 44 45 46	47 48		49				4A 4B 4C 4D 4E 4F 50 51 52 53
										14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E	1F	20	21
										54 55 56 57 58 59 5A 5B 5C 5D 5E	5F	60	61

这为我们在编程时准确地写入和读取数据提供了地址参考。

2. 指令表

指令	指令代码										描述	270 KHZ执行时间（fOSC = ）
RS										R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0
清屏	0	0	0	0	0	0	0		0	0	1	将“20H”写入DDRAM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”，如果光标移动则返回其原始位置，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，在数据读写时执行这些参数	37µs
显示开/关控制	0	0	0	0	0	0	1		D	C	B	D = 1：整个显示打开；C = 1：光标打开；B = 1：闪烁光标打开	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，且不改变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	将数据写入内部RAM（DDRAM/CGRAM）	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

这些指令是我们控制模块显示内容和操作的关键，工程师需要根据实际需求灵活运用。

四、时序特性

1. MPU向ST7066U写入数据

参数	描述	引脚	时间
Tc	使能周期时间	E	1200 ns
Tpw	使能脉冲宽度	E	140 ns
TR,TF	使能上升/下降时间	E	25 ns
TAs	地址建立时间	RS,RW,E	0 ns
TAH	地址保持时间	RS,RW,E	10 ns
Tpsw	数据建立时间	DB0 - DB7	40 ns
TH	数据保持时间	DB0 - DB7	10 ns

2. ST7066U向MPU读取数据

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

了解这些时序特性对于正确设计电路和编写程序至关重要，确保数据的准确传输和模块的正常工作。

五、内置字体表

文档中给出了内置字体表，但具体内容可能需要进一步解读和应用。在实际设计中，我们可以根据这些字体来显示所需的字符和符号。

六、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 
    R_W = 0; //R/W=LOW:Write
    E = 1;
    Delay(1);
    Delay(1); //enable pulse width >= 300ns 
    E = 0; //Clock enable:falling edge
}

void write(char i) { 
    P1 = i; //put data on output Port 
    R_W = 0; 
    D_I = 1; //D/I=HIGH : send data 
    E = 1; 
    Delay(1);
    Delay(1); //enable pulse width >= 300ns 
    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);
    command(0x30); //command 0x30 = Wake up #2
    Delay(10);
    command(0x30); //command 0x30= Wake up #3
    Delay(10);
    command(0x38); //Function set: 8-bit/2-line 
    command(0x10); 
    command(0x0c); 
    command(0x06); //Set cursor //Display ON; Cursor ON //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 
    R_W = 0; 
    Nybble(); 
    i = i < < 4; //Shift over by 4bits
    P1 = i;
    Nybble(); //Send upper 4 bits
}

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

void Nybble() 
{
    E = 1; 
    Delay(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; 
    Delay(30);
    Nybble(); //command 0x30 = Wake up
    Delay(10);
    Nybble(); //command 0x30= Wake up #2
    Delay(10);
    Nybble(); //command 0x30 = Wake up #3 
    Delay(10);
    P1 = 0x20; 
    Nybble(); //Function set: 4-bit interface 
    command(0x28); //Function set: 4-bit/2-line 
    command(0x10); //Set cursor
    command(0x0F); //Display ON; Blinking cursor 
    command(0x06); //Entry Mode set
}

这些初始化程序为我们快速启动模块提供了参考，工程师可以根据实际需求进行调整。

七、质量信息与注意事项

1. 质量测试

测试项目	测试内容	测试条件	注意事项
高温存储	长时间施加高温存储温度的耐久性测试	+80⁰C ，48hrs	2
低温存储	长时间施加低温