探索NHD - 0420DZ - 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不可或缺的重要组件。今天，我们要深入探讨Newhaven Display International推出的NHD - 0420DZ - FL - GBW字符液晶显示模块，详细解析它的特性、电气参数、指令系统等内容，希望能为各位工程师的设计工作提供有价值的参考。

文件下载：NHD-0420DZ-FL-GBW.pdf

一、产品概述

NHD - 0420DZ - FL - GBW是一款具有4行20列字符显示能力的液晶显示模块。它内置了ST7066U控制器，采用 +5.0V电源供电，遵循1/16 duty、1/5 bias驱动方式，并且符合RoHS标准，环保性能出色。其型号中的各个部分都代表着特定的含义：

• “NHD - ”：代表Newhaven Display。
• “0420 - ”：表示4行20字符的显示规格。
• “DZ - ”：型号标识。
• “F - ”：表示具有半透反射特性。
• “L - ”：采用黄/绿色LED背光。
• “G - ”：STN正显，灰色显示模式。
• “B - ”：最佳视角为6:00方向。
• “W - ”：支持宽温度范围。

二、引脚分配与说明

引脚分配

该模块共有16个引脚，具体分配如下：	引脚编号	符号
1	VSS
2	VDD
3	V0
4	RS
5	R/W
6	E
7	DB0
8	DB1
9	DB2
10	DB3
11	DB4
12	DB5
13	DB6
14	DB7
15	A
16	K

引脚功能说明

• 电源相关引脚
  • VSS：接地引脚。
  • VDD：为LCD和逻辑电路提供 +5.0V电源。
  • V0：用于调节对比度，提供约 +0.5V的电源。
  • LED - A：背光阳极，接 +5.0V。
  • LED - K：背光阴极，接地。
• 控制信号引脚
  • RS：寄存器选择信号，‘0’表示命令，‘1’表示数据。
  • R/W：读写选择信号，‘1’表示读，‘0’表示写。
  • E：操作使能信号，下降沿触发。
• 数据总线引脚
  • DB0 - DB3：4条低阶双向三态数据总线，在4位操作时不使用。
  • DB4 - DB7：4条高阶双向三态数据总线。

三、电气与光学特性

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	1.0	2.0	3.0	mA
LCD对比度电源	VDD - V0	TOP = 25°C	4.3	4.5	4.7	V
高电平输入	VIH	-	0.7 * VDD	-	VDD	V
低电平输入	VIL	-	VSS	-	0.6	V
高电平输出	VOH	-	3.9	-	VDD	V
低电平输出	VOL	-	VSS	-	0.2 * VDD	V
背光电源电压	VLED	-	4.5	5.0	5.5	V
背光电源电流	ILED	VLED = 5.0V	130	150	170	mA

从这些电气特性参数中，我们可以了解到该模块的工作环境要求以及电源的使用范围，在实际设计中要确保这些参数在合理区间内，以保证模块的正常工作。大家在设计电源电路时，有没有考虑过如何更精准地满足这些参数要求呢？

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 ℃	-	150	250	ms
	下降		TF	-	200	300	ms

这些光学特性决定了模块的显示效果，例如最佳视角可以帮助我们确定模块在设备中的安装位置，以获得最佳的视觉体验。那么在实际应用中，我们如何根据这些特性来优化产品的显示效果呢？

四、控制器与指令系统

控制器

该模块内置了ST7066U控制器，相关规格说明书可从http://www.newhavendisplay.com/app_notes/ST7066U.pdf 下载。

指令系统

模块提供了丰富的指令集，用于实现各种显示控制功能，例如清屏、光标移动、显示开关等。以下是部分常用指令：	指令	指令代码（RS、R/W、DB7 - DB0）	描述	270 KHZ执行时间（fosc = ）
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	设置光标移动方向和显示移位，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：整个显示打开；C = 1：光标打开；B = 1：闪烁光标打开	37µs

工程师们在使用这些指令时，要注意指令的执行时间和参数设置，以实现准确的控制。那么，在实际项目中，你有没有遇到过因指令执行不当而导致显示异常的情况呢？

五、时序特性

模块在读写数据时，有严格的时序要求。

写数据时序

参数	描述	引脚	最小值			单位
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	-		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

读数据时序

参数	描述	引脚	最小值			单位
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	-		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

在设计与模块通信的电路时，一定要严格按照这些时序要求来编写程序，否则可能会出现数据传输错误的问题。你在处理时序问题上有没有什么独特的技巧呢？

六、初始化程序示例

模块提供了8位和4位两种初始化方式。

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);
    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); //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 
}

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 
}

工程师们可以根据实际需求选择合适的初始化方式，并且在使用这些初始化程序时，要根据自己的硬件电路进行适当调整。在实际项目中，你会优先选择哪种初始化方式呢？

七、质量与使用注意事项

质量测试

模块经过了多项质量测试，包括高温存储、低温存储、高温运行、低温运行、高温高湿运行、热冲击抵抗、振动测试和静电测试等。每种测试都有特定的条件和要求，以确保模块在各种环境下都能稳定工作。例如高温存储测试要求在 +80⁰C下持续48小时，低温存储测试要求在 -30⁰C下持续48小时。

使用注意事项

使用该液晶显示模块时，需要注意一些事项，具体内容可参考www.newhavendisplay.com/specs/precautions.pdf 。同时，保修信息可查看http://www.newhavendisplay.com/index.php?main_page=terms 。

总之，NHD - 0420DZ - FL - GBW字符液晶显示模块具有丰富的功能和良好的性能，但在设计和使用过程中，我们要仔细了解其各项参数和特性，严格按照要求进行操作，才能充分发挥其优势。希望本文能对大家在使用该模块进行设计时有所帮助，你在使用类似液晶显示模块时还有哪些疑问或者经验呢？欢迎在评论区分享。