Мотор и Arduino: подключение, драйвер L298N и управление скоростью

Почему мотор нельзя подключить прямо к выводу платы

Вывод микроконтроллера рассчитан на 20 миллиампер — этого хватает светодиоду и не хватает никакому мотору. Но одним током дело не заканчивается: у мотора есть три свойства, каждое из которых по-своему опасно для платы.

Первое: ток зависит от нагрузки, а не от мотора. Одно и то же колесо на свободном ходу берёт десятки миллиампер, а упёршись в стену — больше ампера. Выбирать драйвер нужно по этому большому числу, потому что в момент старта мотор проходит через него каждый раз: пока вал стоит, он потребляет столько же, как если бы его держали рукой.

Второе: мотор проседает питание. В момент старта он выгребает ток так резко, что напряжение на всей схеме падает — и плата перезагружается, а экран гаснет. Это самая частая жалоба «всё работало, пока не подключил мотор».

Третье: обмотка не отпускает ток сразу. Катушка запасает энергию в магнитном поле, и когда питание выключают, она пытается протолкнуть ток дальше, поднимая напряжение до десятков вольт. Этот выброс и убивает выводы платы. Поэтому в любой схеме с мотором есть диоды, которые дают току безопасный обратный путь: на модулях они уже распаяны, а к голой микросхеме их пришлось бы добавлять руками — даташит L298 прямо требует четыре быстрых диода на каждый мост.

Три способа поставить что-то между платой и мотором

Выбор простой и зависит от одного вопроса: нужно ли мотору ездить назад. Если нет — хватит одного транзистора. Если да — нужен H-мост: четыре ключа, собранные в две половинки, которые подают на обмотку напряжение то в одну, то в другую сторону.

Как работает H-мост

Название — от формы схемы: два вертикальных плеча и обмотка мотора перекладиной между ними, вместе получается буква H. Каждое плечо умеет прицепить свой конец обмотки либо к плюсу питания, либо к земле. Всё поведение мотора — это четыре комбинации двух таких переключателей.

Обратите внимание на два последних состояния: остановка бывает разной. Выбег — мост отпускает обмотку, и тяжёлый робот проезжает ещё полметра. Торможение — оба конца обмотки замкнуты между собой, мотор начинает работать генератором сам на себя и встаёт почти мгновенно. В даташите L298 эти состояния так и называются: Free Running Motor Stop и Fast Motor Stop.

У микросхемы L298 на каждый мотор всего два управляющих входа, а не четыре — и это сделано специально. Верхний и нижний ключ одного плеча переключаются вместе и всегда навстречу друг другу, так что комбинации, при которой оба открыты и питание замкнуто накоротко, просто нет. Сжечь мост неудачной командой не получится — программа выбирает только сторону.

Модуль L298N: что на нём подписано

Это самый распространённый драйвер для начинающих: красная плата с чёрным радиатором. На ней стоят сама микросхема, восемь защитных диодов, стабилизатор на 5 вольт и три группы контактов.

Моторы прикручиваются к синим клеммникам по краям: первый — к OUT1 и OUT2, второй — к OUT3 и OUT4. Если мотор поехал не в ту сторону, эти два провода просто меняют местами, программу править не нужно. Питание приходит на средний клеммник, а управление — на гребёнку из шести штырьков.

Выводы 9 и 10 выбраны не случайно: на них есть ШИМ, а значит, ими можно задавать скорость. Остальные четыре — обычные, они только показывают направление. Менять номера можно, но ENA и ENB обязаны остаться на выводах с ШИМ.

Управляющие входы понимают и пятивольтовую, и трёхвольтовую логику: по даташиту единицей считается всё, что выше 2,3 вольта. Поэтому тот же модуль без переходников работает с ESP32 и ESP8266 — а вот питание моторов к ним по-прежнему приходит своё.

Три ошибки, на которых спотыкаются почти все

• Не соединили земли. Батарея питает моторы, USB питает плату, а минус у них общий не сделали. Драйвер сравнивает управляющий сигнал со своей землёй — и без общего минуса просто не понимает команд. Провод GND модуля к GND платы обязателен всегда.
• Забыли снять перемычку с ENA. Если её оставить, вход разрешения жёстко притянут к пяти вольтам: мотор крутится только на полной скорости, а analogWrite будто не работает. Снимите перемычку и заведите ENA на вывод с ШИМ.
• Питают моторы от вывода 5V платы. Так делать нельзя: у платы там маленький стабилизатор, он перегреется и уйдёт в защиту, а плата будет перезагружаться. Моторам нужен свой источник.

Первый рабочий скетч: мотор едет вперёд, останавливается, едет назад.

// Мотор через драйвер L298N: направление задают IN1 и IN2, скорость - ENA.
// Вывод под ENA обязательно с ШИМ: на Uno это 3, 5, 6, 9, 10 или 11.
// Землю платы и минус питания моторов соединяем - без общей земли
// драйвер не понимает сигналы.

const uint8_t IN1 = 8;   // первый вход моста
const uint8_t IN2 = 7;   // второй вход моста
const uint8_t ENA = 9;   // разрешение и скорость (ШИМ)

void setup() {
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(ENA, OUTPUT);
  coast();               // на старте мотор выключен
}

// Вращение в одну или другую сторону, скорость 0...255.
void run(bool forward, uint8_t speed) {
  digitalWrite(IN1, forward ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(IN2, forward ? LOW : HIGH);
  analogWrite(ENA, speed);
}

// Выбег: мост отключён, вал докатывается сам.
void coast() {
  analogWrite(ENA, 0);
  digitalWrite(IN1, LOW);
  digitalWrite(IN2, LOW);
}

void loop() {
  run(true, 200);        // вперёд
  delay(2000);
  coast();
  delay(1000);
  run(false, 200);       // назад
  delay(2000);
  coast();
  delay(1000);
}

Куда девается напряжение по дороге к мотору

Вот главная неожиданность этого драйвера. L298 сделан на биполярных транзисторах, а они не превращаются в идеальный провод — на каждом остаётся своё падение напряжения. Даташит даёт числа прямо: при токе 1 ампер типичное падение — 2,55 вольта (в лучшем случае 1,8, в худшем 3,2), при 2 амперах — 3,7 вольта и до 4,9 в пределе. На схеме ниже показан диапазон от типового до предельного.

Отсюда сразу три вывода. Питание нужно брать с запасом: под «мотор на 12 вольт» ставят источник на 12 вольт и мирятся с тем, что до обмотки доедет около девяти. Потерянные вольты превращаются в тепло — поэтому у модуля радиатор, и греется он честно, а не от поломки. И если мотор рассчитан на 5–6 вольт, а питание такое же, до него доедет половина: он может даже не тронуться. В этом случае берут либо питание повыше, либо драйвер на полевых транзисторах, у которых падение в разы меньше.

Ещё одна мелочь из даташита: сама микросхема без всякого мотора потребляет до 70 миллиампер. Для батарейного робота это заметная величина — драйвер стоит обесточивать, когда он не нужен.

Питание: откуда брать ток

Правило простое: плата питается сама, моторы — сами, земля общая. Для мотор-редукторов робота подходит батарейный отсек на четыре-шесть пальчиковых батареек или аккумулятор; для настольного проекта — блок питания на 12 вольт с запасом по току хотя бы вдвое от того, что берут моторы.

На модуле есть перемычка стабилизатора. По карточке нашего модуля правило такое: питание от 6 до 12 вольт — перемычка стоит, и встроенный стабилизатор сам делает 5 вольт для логики драйвера. Питание выше 12 вольт — перемычку обязательно снять и подать 5 вольт на клемму +5V отдельно, иначе стабилизатор перегреется.

Обратный вариант — питать плату Arduino от этих же 5 вольт с модуля — работает, но только когда плата не подключена к компьютеру по USB. Одновременно два источника на одну линию 5 В подавать не нужно.

Если плата перезагружается в момент старта мотора, а провода уже правильные, помогает электролитический конденсатор на 470–1000 мкФ прямо на клеммах питания моторов: он сглаживает провал. Это не роскошь, а стандартная часть схемы с моторами.

Скорость: ШИМ и порог трогания

Скоростью управляет не «сила тока», а доля времени. Плата очень быстро включает и выключает питание мотора: команда analogWrite(ENA, 128) означает «включено половину времени». Мотор из-за инерции сглаживает эти ступеньки и крутится так, будто ему дали половину напряжения.

Частота этих ступенек у Uno фиксированная и зависит от того, на какой вывод вы попали. Это же таблица конфликтов: каждый счётчик времени, кроме ШИМ, занят ещё чем-то полезным.

Мотор гудит, но не крутится

У каждого мотора есть порог: значение ШИМ, ниже которого сил не хватает сорвать вал с места. До порога мотор только пищит и греется. Число это своё у каждого мотора и зависит от нагрузки, поэтому его не берут из интернета, а находят за минуту: скетч поднимает скорость ступеньками и печатает их в монитор порта.

// Порог трогания: с какого значения ШИМ мотор реально начинает крутиться.
// Скетч поднимает скорость ступеньками и печатает её в монитор порта.
// Смотрите на вал: как только он тронулся - это ваше число.

const uint8_t IN1 = 8;
const uint8_t IN2 = 7;
const uint8_t ENA = 9;

const uint8_t STEP = 5;      // на сколько поднимаем ШИМ за ступеньку
const uint16_t HOLD = 800;   // сколько держим ступеньку, мс

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(ENA, OUTPUT);
  digitalWrite(IN1, HIGH);   // направление задаём один раз
  digitalWrite(IN2, LOW);
  Serial.println(F("Смотрите на вал: когда тронется - это порог"));
}

void loop() {
  for (uint8_t value = 0; value <= 250; value += STEP) {
    analogWrite(ENA, value);
    Serial.println(value);
    delay(HOLD);
  }

  analogWrite(ENA, 0);       // отдых и заново
  Serial.println(F("--- пауза ---"));
  delay(3000);
}

Запомнили число — и дальше в программе не пишите значений ниже него. Удобнее пересчитывать: «скорость 30 %» превращать не в 76, а в значение между порогом и 255 — так проценты становятся честными. Именно это делает скетч робота ниже.

Писк на низкой скорости

490 раз в секунду — это частота, которую человек прекрасно слышит: обмотка мотора работает как маленький динамик. Лечится переводом счётчика на частоту выше слуха. Одна строчка в setup() поднимает частоту на выводах 3 и 11 до 31 372 Гц:

TCCR2B = (TCCR2B & 0b11111000) | 0x01;  // выводы 3 и 11: 31 372 Гц

Три оговорки. ENA после этого должен быть на выводе 3 или 11, а не на 9. Команда tone() начнёт врать — она пользуется этим же счётчиком. И сам L298 по даташиту рассчитан на переключение до 25–40 килогерц, причём каждое переключение занимает до двух микросекунд: на 31 килогерце мост заметную часть времени проводит в переходном состоянии и греется сильнее. Если греется сверх меры — вернитесь к штатной частоте или возьмите драйвер на полевых транзисторах.

ШИМ на ENA или на IN1 — разница есть

Обычно ШИМ подают на ENA: в паузах мост отпускает обмотку, ток гаснет через диоды. Но можно наоборот — держать ENA включённым, а ШИМ подавать на IN1 при IN2 в нуле. Тогда в паузах оба входа оказываются в одном состоянии, а это, по таблице выше, торможение: обмотка замкнута сама на себя и ток продолжает течь по кругу.

На практике второй способ даёт более ровный ход на малой скорости — ток в обмотке не рвётся. Начните с ШИМ на ENA (так написаны все примеры), а если на малых скоростях мотор дёргается, попробуйте перенести ШИМ на вход направления.

Две остановки: выбег и торможение

Разницу проще один раз увидеть, чем прочитать. Скетч разгоняет мотор и останавливает его двумя способами по очереди — прокрутите вал пальцем или наденьте на него бумажный флажок, чтобы разница бросалась в глаза.

// Два способа остановить мотор - и разница между ними.
// Выбег: снимаем разрешение, мост отключается, вал докатывается сам.
// Торможение: на оба входа один и тот же уровень при включённом ENA -
// обмотка замкнута сама на себя, и мотор встаёт заметно резче.

const uint8_t IN1 = 8;
const uint8_t IN2 = 7;
const uint8_t ENA = 9;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(ENA, OUTPUT);
}

void spinUp() {              // разгон до полной скорости
  digitalWrite(IN1, HIGH);
  digitalWrite(IN2, LOW);
  analogWrite(ENA, 255);
  delay(1500);
}

void loop() {
  Serial.println(F("Разгон, потом выбег"));
  spinUp();
  analogWrite(ENA, 0);       // мост выключен - вал докатывается
  delay(3000);

  Serial.println(F("Разгон, потом торможение"));
  spinUp();
  digitalWrite(IN1, LOW);    // оба входа в одно состояние -
  digitalWrite(IN2, LOW);    // это замыкание обмотки, а не выключение
  analogWrite(ENA, 255);     // разрешение остаётся, иначе получится выбег
  delay(3000);
}

Торможение — не бесплатная операция: в этот момент через мост идёт весь ток, который мотор вырабатывает сам. Даташит прямо предупреждает, что в режиме быстрой остановки нельзя выходить за предельные 2 ампера. Для тяжёлого робота на полном ходу лучше сначала сбросить скорость до нуля плавно, а потом уже тормозить.

Два мотора: робот на двух колёсах

Второй мотор подключается точно так же: свой клеммник, свои два входа направления и свой вывод разрешения. Дальше вся езда — это две скорости со знаком: оба колеса вперёд — едем прямо, одно вперёд, другое назад — разворот на месте.

// Двухколёсный робот на драйвере L298N.
// Левый мотор - клеммы OUT1/OUT2, правый - OUT3/OUT4.
// MIN_PWM возьмите из скетча-лесенки: ниже него мотор только гудит.

const uint8_t L_IN1 = 8;
const uint8_t L_IN2 = 7;
const uint8_t L_EN = 9;     // ШИМ

const uint8_t R_IN1 = 4;
const uint8_t R_IN2 = 2;
const uint8_t R_EN = 10;    // ШИМ

const int MIN_PWM = 60;     // порог трогания ваших моторов

void setup() {
  const uint8_t pins[] = {L_IN1, L_IN2, L_EN, R_IN1, R_IN2, R_EN};
  for (uint8_t i = 0; i < sizeof(pins); i++) {
    pinMode(pins[i], OUTPUT);
  }
  drive(0, 0);
}

// Скорость одного колеса: от -100 (полный назад) до 100 (полный вперёд).
void wheel(uint8_t in1, uint8_t in2, uint8_t en, int percent) {
  percent = constrain(percent, -100, 100);
  digitalWrite(in1, percent >= 0 ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(in2, percent >= 0 ? LOW : HIGH);

  int power = abs(percent);
  if (power == 0) {
    analogWrite(en, 0);                          // выбег
  } else {
    analogWrite(en, map(power, 1, 100, MIN_PWM, 255));
  }
}

void drive(int left, int right) {
  wheel(L_IN1, L_IN2, L_EN, left);
  wheel(R_IN1, R_IN2, R_EN, right);
}

void loop() {
  drive(70, 70);            // вперёд
  delay(1500);
  drive(0, 0);
  delay(700);
  drive(70, -70);           // разворот на месте
  delay(700);
  drive(0, 0);
  delay(700);
  drive(-60, -60);          // назад
  delay(1200);
  drive(0, 0);
  delay(1500);
}

Два одинаковых мотора почти никогда не крутятся одинаково — робот будет уводить в сторону. Пока речь про игрушку, это лечится поправкой в программе: одному колесу дают на несколько процентов меньше. Если нужно ехать ровно по-настоящему, берут моторы с энкодерами: они сообщают плате, сколько оборотов реально сделали, и программа сама подравнивает колёса.

Одно направление? Хватит одного транзистора

Вентилятору, помпе или светодиодной ленте H-мост не нужен: там достаточно одного ключа, который включает и выключает питание. Схему с транзистором и защитным диодом мы подробно разбираем в уроке 23 — с макетной платой, полярностью диода и разбором ошибок.

Если собирать не хочется, есть готовый модуль — силовой ключ: подаёте на него сигнал с любого вывода, а он коммутирует до 10 ампер. И одна тонкость про полевые транзисторы, о которой обычно узнают поздно: сопротивление в паспорте указано при 10 вольтах на затворе, а плата даёт только 5. На токе в пару сотен миллиампер разницы не видно, а вот на ампере и выше транзистор начнёт греться. Для больших токов берут «логические» полевые — у них в маркировке есть буква L.

Мотор мотору рознь

Всё, что выше, относится к коллекторному мотору постоянного тока — тому самому, у которого два провода. Соседние типы управляются иначе, и путать их дорого.

Сервопривод разобран в уроке 22: ему драйвер не нужен, но питание всё равно берут не с вывода платы. Шаговые двигатели и их драйверы перечислены в хабе модулей. А бесколлекторному мотору нужен регулятор ESC: плата шлёт ему такие же импульсы, как сервоприводу, той же библиотекой Servo, и после включения регулятор ждёт команду «ноль» — без этой процедуры он не запустится.

Не крутится, греется, перезагружается

Порядок проверки, от самого частого к редкому.

• Мотор молчит совсем. Проверьте общую землю платы и питания моторов, затем питание на клеммах модуля тестером. Дальше проверьте железо без программы: верните перемычку на ENA, соедините IN2 с GND модуля и коснитесь IN1 проводом от +5V. Мотор должен закрутиться — значит, железо живо и дело в программе или в номерах выводов.
• Крутится только на полной скорости. Перемычка на ENA не снята, либо ENA попал на вывод без ШИМ.
• Гудит, но не трогается. Слишком маленькое значение ШИМ (найдите порог скетчем выше) или слишком низкое напряжение после падения на мосту.
• Плата перезагружается при старте мотора. Моторы питаются от платы или от слабой батареи. Разделите питание, добавьте конденсатор.
• Модуль ощутимо горячий. Это нормально в разумных пределах: на мосту оседает пара вольт. Ненормально — если пахнет или обжигает: значит, ток выше двух ампер, мотор клинит или произошло короткое замыкание в проводке моторов.
• Один мотор из двух не крутится. Поменяйте моторы местами на клеммниках. Поехал другой — дело в канале драйвера или в номерах выводов; не поехал тот же — виноват мотор или его провода.
• Мотор стартует сам при включении питания. Выводы платы в первый миг после подачи питания ещё не настроены. Даташит советует держать вход разрешения в нуле, пока питание включается и выключается: в скетче это первая строка setup().

Что купить

Всё перечисленное — наши модули, характеристики взяты с карточек. Цены и наличие указаны на 23 августа 2026 года.