ArduinoでDCモーターを制御｜L298Nの配線とコードを解説

01なぜDCモーターはArduinoに直結できないのか

ピンの許容電流を超えてしまう

LEDの点灯なら、Arduinoのピンに抵抗を挟んで直接つなぐだけで動きます。しかし、DCモーターの場合は事情が異なります。結論から言うと、Arduinoのピンから出せる電流には限りがあります。DCモーターを安全に駆動するには、その電流だけでは足りません。だからこそ、間に「モータードライバ」と呼ばれる部品を挟む必要があるのです。

Arduino Uno（ATmega328P搭載）の場合、1本のデジタルピンから安全に取り出せる電流はわずかです。公式の技術仕様によると、その上限は20mAとされています。一方、小型のDCモーターであっても油断はできません。動き始めの瞬間（始動電流）や負荷がかかった状態では、数百mAから場合によっては1A以上の電流が流れます。つまり、ピンの許容量を10倍以上超えてしまう可能性があるのです。この電流を直接流すと、Arduino内部の回路に想定以上の負荷がかかります。結果として、ピンやマイコン自体が破損する恐れがあります。

逆起電力というもう一つの落とし穴

さらに注意したいのが「逆起電力」です。DCモーターは、電源を切った瞬間にコイルの性質上、高い電圧を一瞬だけ発生させます。この逆起電力は、モーター用ではない回路にとって大きなダメージ要因になります。だからこそ、モーターの大きな電流と逆起電力を安全に扱える部品が必要です。それが「モータードライバIC」で、ArduinoとDCモーターの間に挟むのが定石です。

02L298Nモータードライバとは｜ピン配置の基礎知識

L298Nは、DCモーターやステッピングモーターの制御に使われます。電子工作の定番モータードライバICです。STMicroelectronics社のデータシートによると、1チャンネルあたりの電流容量は連続動作で最大2Aです。瞬間的には最大3Aまで扱えます。価格が安く、Arduino向けの作例も豊富です。そのため、初めてモーター制御を学ぶ人の教材として広く使われています。1枚のモジュールに2チャンネル分の回路が載っているのも特徴です。この構成により、DCモーターを2個まで独立して制御できます。

覚えておきたい主要ピン

基板上の「5Vジャンパー」に注意

L298Nモジュールの多くには「5V-ENジャンパー」が付いています。これは、12V入力からオンボードのレギュレータで5Vを作り出す仕組みです。外部電源が12V以下であれば、このジャンパーを付けたままにしておくのが基本です。ただし、12Vを超える電源を使う場合は注意が必要です。なぜなら、オンボードレギュレータの発熱・故障につながるためです。この場合はジャンパーを外してください。ロジック用の5VはArduino側から別途供給します。初めての場合は、9V〜12V程度の電源とジャンパー装着状態から試すと安全です。

03配線方法：Arduino・L298N・DCモーター・外部電源

ここでは、DCモーター1個を制御する最もシンプルな配線を解説します。使うのは、Arduino Uno、L298N、DCモーター、外部電源の4点です。外部電源には、モーターの定格電圧に合う電池ボックスやACアダプターを用意します。

配線手順

2つ目のモーターを追加する場合

2個目のモーターを使う場合も、考え方は同じです。ENB・IN3・IN4・OUT3・OUT4を、空いているArduinoのピンに接続します。これだけで、1枚のL298Nで2つのモーターを独立制御できます。この構成は、後述のFAQで触れる2輪駆動ロボットカーの製作にそのまま応用できます。

04正転・逆転を制御するコード

方向とEnableの役割を切り分けて理解する

L298Nの動作は、2つの信号の組み合わせで決まります。IN1・IN2が方向を、ENAが有効化・速度を担います。データシートの真理値表をもとに、まずはこのルールを整理しておきましょう。

つまり、ENAがLOWのときはIN1・IN2の値は関係ありません。モーターは自由に空転しながら止まります。一方、ENAがHIGHのときだけ、IN1・IN2の組み合わせで方向が決まります。

正転・逆転を切り替えるコード例

この表をもとに、最小限のコードを見てみましょう。モーターを2秒間正転させ、1秒停止し、2秒間逆転させる動作を繰り返します。

// DCモーターの正転・逆転を切り替える最小構成コード
const int ENA = 9;  // 有効化・速度制御用（PWM）
const int IN1 = 8;  // 回転方向1
const int IN2 = 7;  // 回転方向2

void setup() {
  pinMode(ENA, OUTPUT);
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 正転（フルスピード）
  digitalWrite(IN1, HIGH);
  digitalWrite(IN2, LOW);
  digitalWrite(ENA, HIGH);
  delay(2000);

  // 停止（ENAをLOWにしてフリーラン）
  digitalWrite(ENA, LOW);
  delay(1000);

  // 逆転（フルスピード）
  digitalWrite(IN1, LOW);
  digitalWrite(IN2, HIGH);
  digitalWrite(ENA, HIGH);
  delay(2000);

  // 停止
  digitalWrite(ENA, LOW);
  delay(1000);
}

ここではENAをdigitalWriteでON/OFFしているだけです。そのため、モーターは「全力で回るか止まるか」の2択になります。次の章では、このENAピンをPWM制御に置き換えます。これにより、速度を自由に調整できるようになります。なお、方向の切り替えや条件分岐の書き方は、下記の記事で詳しく解説しています。

05PWMで速度を制御するコード

PWMの仕組みをおさらいする

ENAピンにPWM（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号を送ります。すると、モーターの回転速度を0〜255の256段階で調整できます。PWMとは、ON/OFFを高速に繰り返す時間の比率（デューティ比）を変える仕組みです。見かけ上、「弱く・強く」電圧をかけているように振る舞います。下の図は、デューティ比の違いによって波形がどう変化するかを示したものです。

Arduinoでは、ENA・ENBのように~マークが付いたピンを使います。analogWrite()関数を呼び出すことで、この制御が行えます。

加速・減速を再現するコード例

// PWMでDCモーターの速度を段階的に変化させるコード
const int ENA = 9;
const int IN1 = 8;
const int IN2 = 7;

void setup() {
  pinMode(ENA, OUTPUT);
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);

  // 正転方向に固定
  digitalWrite(IN1, HIGH);
  digitalWrite(IN2, LOW);
}

void loop() {
  // ゆっくり加速（0→255）
  for (int speed = 0; speed <= 255; speed++) {
    analogWrite(ENA, speed);
    delay(15);
  }

  delay(1000); // フルスピードで少しキープ

  // ゆっくり減速（255→0）
  for (int speed = 255; speed >= 0; speed--) {
    analogWrite(ENA, speed);
    delay(15);
  }

  delay(1000); // 停止状態を少しキープ
}

このコードでは、for文を使ってENAに送るPWM値を0から255まで少しずつ増やしています。そのため、モーターがゆっくり加速していく様子を再現できます。急に最高速度で回転させると、モーターやギアに負荷がかかります。同時に、消費電流のピークも大きくなります。したがって、ロボットカーなどの実用プロジェクトでは注意が必要です。このようになめらかに速度を変化させる書き方が、安全面でも有効です。

方向と速度は別の仕組み

06外部電源の注意点｜壊さないための必須知識

DCモーターの制御でトラブルが起きる原因は、コードの間違いとは限りません。多くの場合、原因は「電源まわりの配線」にあります。ここで紹介する5つのポイントは、L298Nを使う上で必ず押さえておいてください。

電源の分離とGND共通化

電圧・電流の管理

発熱対策

ノイズ対策

これらのポイントを押さえておきましょう。L298Nを使ったDCモーター制御で、電源まわりのトラブルはほとんど防げます。特に「外部電源の用意」と「GND共通化」の2点は、最優先で確認してください。

07よくあるトラブルと対処法

症状別の対処早見表

原因を素早く切り分けるコツ

08よくある質問

基本のQ&A

トラブル・応用のQ&A