Arduino 步进电机 vs 舵机：三种马达该怎么选？

要让一个部件转到某个已知角度、并且停在那里，就买舵机 —— 闸门臂、机械臂关节、云台。要让它转到一个数出来的位置、要能一圈一圈转下去、或者要顶着负载停住，就买步进电机 —— 刻度盘、滑台、送料机构。只在乎转速和方向，那就买一颗普通的直流减速电机 —— 轮子、风扇、水泵。

价钱不是决胜的那一项 —— 这三个家族回答的是不同的问题，而要最快感受到差别，就是用手轻轻推一推它们各自的输出轴。

步进电机、舵机和直流电机，真正的分别在哪里？

像 SG90 这样的 RC 舵机，是四样东西装在同一个壳子里：一颗小直流电机、一组齿轮、一个和输出轴联动的电位器，还有一颗负责比较的芯片。你每 20 ms 送一个脉冲，脉冲的宽度 —— 大约 1.0 ms 到 2.0 ms —— 代表一个角度。芯片拿这个宽度去和电位器的电压比，然后驱动电机，直到两边对上为止。把舵臂推离它的角度，电位器的电压跟着走，比较就失衡，舵机自己又把它推回去。这个回路同时也是它的极限：电位器只能转那么多，所以一颗 180° 的舵机不可能连续旋转，而壳子外面也没有任何东西读得到轴最后停在哪里。要做那个推的动作之前先讲一句：是轻轻拨，不是硬掰。SG90 的齿轮是尼龙的，顶着通电的电机硬掰会崩掉一颗齿 —— 而这正是 MG996R 的金属齿轮卖的那份耐受。舵盘上没装舵臂的话，折一小条美纹纸胶带就是现成的杠杆。

28BYJ-48 步进电机身上一个传感器都没有。它的转子是一块永久磁铁，四周围着线圈；按顺序给线圈通电，转子就一次一次跳到新的磁性对齐位置上，切换一次走一步。它的扭力来自一组通着电的线圈把转子按在磁定位点里，而不是来自一个纠正回路 —— 这就是为什么步进电机通电时有真正的保持扭力，也是为什么用手推它的感觉像在推一个带段落感的旋钮。让它过载，转子就滑掉一格：你程序里的步数照样往上加，没有任何东西会报告这次打滑，而这个误差会一直留在机器里，直到你重新回零为止。

GA12-N20 减速电机则是彻底放弃了位置这件事。两个端子之间加电压，轴就转；端子对调，轴就反着转；用 PWM 把电压切碎，它就慢下来。推它的轴，它就顺着转 —— 它身上没有任何东西对角度有意见。换来的是你能买到的最便宜的连续旋转，而它的减速箱把一颗又快又软的电机，换成了一颗又慢又有力的。

家族	你下的命令	旋转	保持扭力	知道自己在哪吗？	什么时候买它
28BYJ-48 步进电机 + ULN2003	一个步数	不限圈数，正反皆可	有，通电时	不知道 —— 开环，打滑也不出声	刻度盘、滑台、送料机构，任何要转超过一圈才到位的东西
SG90 微型舵机	一个绝对角度	大约 180°，再多没有	有，而且会主动纠正	内部知道，外部读不到	轻负载摇臂、翻板、锁扣、云台 —— 4.8 V 下大约 1.3 kg·cm
MG996R 金属齿舵机	一个绝对角度	大约 180°，再多没有	有，而且大得多	内部知道，外部读不到	同样的活，但真的带得动负载 —— 6 V 下大约 11 kg·cm，金属齿轮
GA12-N20 直流减速电机	转速和方向	不限圈数，正反皆可	没有	不知道，也不可能知道	轮子、风扇、水泵、输送带 —— 任何不问「转多远」的地方

选错家族之后，下一个最常犯的错就是选错行程范围，而180° / 270° / 360° 舵机的分别那一篇专门解决这一题。先看舵机壳子里面实际上装了些什么：

一块 Arduino Uno 到底能带几颗电机？

Arduino Uno 有两本预算 —— 引脚和电流 —— 谁小谁说了算。引脚这本好数：14 个数字脚，加上 6 个可以当数字脚用的模拟脚，是 20 个，扣掉给 USB 串口的 D0 和 D1，剩 18 个。一块 ULN2003 步进驱动板吃 4 个，所以四颗步进电机装得下，还多出两个脚。一颗舵机吃 1 个脚，但 Arduino Servo 库在 Uno 上最多只支持 12 颗，而且从第一次调用 attach() 那一刻起，D9 和 D10 上的 analogWrite() 就失效 —— 不管那两个脚上有没有插舵机。一颗直流电机要两个方向脚加一个 PWM 脚，而且一定要经过驱动板 —— 绝不能直接接引脚，因为 Uno 的引脚额定只有 20 mA，而连一颗小小的 N20 堵转时都要抽几百毫安。

真正卡住你的那本预算是电流，而步进电机这个数字值得自己算一遍。28BYJ-48 每一组线圈的电阻大约 50 Ω，所以 5 V 下一组线圈大约抽 100 mA，而系统自带的 Stepper 库在每一步都保持两组线圈通电 —— 就算每颗电机大约 200 mA，转着要抽，只是停在那里保持也照样抽。表里 MG996R 的电流是 TowerPro 自己给的数字；SG90 的规格书整份是围着扭力和速度写的，所以它那一行用的是典型实测电流。USB 给整块板的额度是 500 mA，这个数字由电脑那个端口，以及 Uno 插座后面那颗自恢复保险丝一起定死。圆形电源座那一路，5 V 的额度也不会更大：它后面是一颗小小的线性稳压器，把多出来的电压全部烧成热 —— 输入 9 V 时，每 100 mA 就烧掉大约 0.4 W —— 而输入 5 V 时它已经没有余量，只会把整块板拉到欠压复位。

所以解法从来不是换一块更大的板，而是加第二组电源 —— 电机走自己的 5–6 V 电源，只有信号线接到 Uno，两边的地接在一起，让脉冲有共同的参考点。ULN2003 板和 L298N 上都留了电源端子，就是给这件事用的。步进电机那一路的电压守在 5 V：ULN2003 芯片本身扛得住的电压高得多，但 28BYJ-48 是 5 V 的绕组，多出来的电压变成热，不会变成扭力。舵机一多过几颗，就把产生脉冲这件事整个搬出 Uno，交给一块 PCA9685 16 路驱动板，它自己带舵机电源输入。

家族	每颗吃几个脚	每颗吃多少电流	Uno 上的引脚上限	USB 供电下的现实上限
步进电机（ULN2003 驱动板）	4 个数字脚	约 200 mA，转与不转都一样	4	1
SG90 微型舵机	1 个（库上限 12）	转动时 100–250 mA，堵转约 360 mA	12	同一时间只动 1 颗
MG996R 金属齿舵机	1 个（库上限 12）	6 V 下 500–900 mA，堵转 2.5 A	12	0 —— 一定要自己的电源
直流电机（经 L298N）	2–3 个	几百毫安，堵转更多	6，按每块 L298N 带 2 颗算	0 —— 电机电源本来就是分开的

这三个家族，实际上各自怎么下命令？

一块 Arduino Uno 可以在同一份程序里讲三种语言，下面这份就是：给舵机一个绝对角度，给步进电机一个步数，给直流电机一个方向加一个占空比。其中有三个细节，很多人是拿整个晚上换来的。第一，系统自带的 Stepper 库当初是为双极性电机写的：它把你给的四个脚当成 A+、A−、B+、B− 来看，按第 1+第 3、第 2+第 3、第 2+第 4、第 1+第 4 的配对去通电。而单极性的 28BYJ-48 要的是相邻且互相重叠的配对 —— IN1+IN2、IN2+IN3、IN3+IN4、IN4+IN1 —— 所以 IN1–IN4 照样接 D4–D7，但在程序里要写成 4, 6, 5, 7，这一步就是把一种时序映射成另一种。照数字顺序写下去，库通的那两组线圈会把转子往相反方向拉，电机就只会在原地嗡嗡响。

第二，直流电机的 PWM 脚是 D3，不是 D9 或 D10，因为一旦挂上舵机，Servo 库就把 Timer1 —— 也就是那两个脚背后的定时器 —— 拿走了。第三，在你指望 analogWrite() 有意义之前，先把 L298N 上 ENA 那颗跳线帽拔掉：那颗帽子把 ENA 长期接到板子自己的 5 V 上，于是不管你给多少占空比，电机都全速在跑 —— 一种不会报错、只会安静失效的调速。

还要注意步进电机那一行讲不出什么。stepper.step(512) 的意思是「把线圈切换 512 次」，不是「到达四分之一圈」—— 而且 28BYJ-48 的减速比接近 63.7:1，不是整数的 64:1，所以输出轴转一整圈大约是 2038 步，不是 2048 步；照那个整数去下命令，就算一步都没滑，你也会停在比原本想去的位置多大约两度的地方。步进电机是数出来的，不是量出来的；这件事要紧的场合，就加一个限位开关，回零之后再算。另外注意 stepper.step() 是阻塞的，最后一步发出去之前它不会返回，所以那段时间 loop 里其他事情全部停着 —— 一块 Uno 指挥三个家族，靠的是轮流，不是同时。

// 三个家族，三种下令方式 - Arduino UNO。
//
// Servo   ：你送一个绝对角度。舵机自己找到它，并且守在那里。
// Stepper ：你送一个步数。没有任何东西回报它到底有没有到。
// DC      ：你送一个速度和一个方向。位置根本不在这门语言里。
//
// 电源：三颗电机全部走外部 5V 电源，不要从 Uno 的 5V 脚拿电，
// 并且把那组电源的地接到 Uno 的 GND，控制信号才有共同的参考点。

#include <Servo.h>
#include <Stepper.h>

// --- Stepper：28BYJ-48 配 ULN2003 驱动板 ------------------------------------
// 内部转子每转一圈 32 个整步，再乘上减速箱。真实的减速比是
// 63.68:1，不是整数的 64:1，所以输出轴转一圈大约 2038 步 - 这里沿用
// 惯例上的 2048，会多转大约两度。
const int STEPS_PER_REV = 2048;

// 注意顺序：Stepper 库要的是 IN1、IN3、IN2、IN4。
// IN1..IN4 接到 D4..D7，但要写成 4, 6, 5, 7，否则电机只会嗡嗡响。
Stepper stepper(STEPS_PER_REV, 4, 6, 5, 7);

// --- Servo ------------------------------------------------------------------
const int PIN_SERVO = 9;      // attach() 把 Timer1 交给 Servo，所以整份程序里
Servo arm;                    // 引脚 9 和 10 上的 analogWrite() 都会失效。

// --- DC 电机，经 L298N -------------------------------------------------------
const int PIN_DC_EN = 3;      // ENA - PWM，走 Timer2，Servo.h 不会碰它。
                              // 记得拔掉 L298N 的 ENA 跳线帽，否则这个脚不起作用。
const int PIN_DC_A  = 2;      // IN1
const int PIN_DC_B  = 8;      // IN2

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  stepper.setSpeed(10);       // 输出轴的转速，单位 rev/min

  arm.attach(PIN_SERVO);
  arm.write(90);              // 先停在行程的中间

  pinMode(PIN_DC_EN, OUTPUT);
  pinMode(PIN_DC_A,  OUTPUT);
  pinMode(PIN_DC_B,  OUTPUT);

  Serial.println(F("Servo = angle, stepper = steps, DC = speed"));
}

void loop() {
  // 1. SERVO - 在一段固定行程里的绝对位置。
  Serial.println(F("servo -> 0 deg"));
  arm.write(0);
  delay(700);
  Serial.println(F("servo -> 180 deg"));
  arm.write(180);
  delay(700);
  arm.write(90);
  delay(700);

  // 2. STEPPER - 数出来的步数，总转动量不受限，没有任何反馈。
  Serial.println(F("stepper -> +512 steps (a quarter turn, if nothing slipped)"));
  stepper.step(512);
  delay(400);
  Serial.println(F("stepper -> -512 steps back"));
  stepper.step(-512);
  delay(400);

  // 3. DC MOTOR - 方向脚决定往哪边转，PWM 决定用多大力。
  Serial.println(F("dc -> forward, about 60% duty"));
  digitalWrite(PIN_DC_A, HIGH);
  digitalWrite(PIN_DC_B, LOW);
  analogWrite(PIN_DC_EN, 160);        // 供电电压的 160/255，不是「60% 的转速」
  delay(1500);

  Serial.println(F("dc -> coast"));
  analogWrite(PIN_DC_EN, 0);
  delay(1200);
}

亲眼看一次 28BYJ-48 真的一步一步走，顺便听一听引脚顺序写错是什么声音，可以省掉很多瞎猜：

28BYJ-48 的五条线收在一个防呆插头里，直接按上它的 ULN2003 板，所以这一对不需要另外配线。舵机那一头是母座，要配公对公杜邦线；ULN2003 和 L298N 露出来的是公针，要配公对母。要提前打算的是 N20：它到手是光的，黑色端盖上两片铜焊片，一条线都没有，所以要留几分钟拿烙铁 —— 手法在我们的烙铁与助焊剂指南里。3–6 V 的电机，用一块 DRV8833 双路驱动比 L298N 合适：L298N 的双极性输出级在 1 A 时会掉 1.8 V 到 3.2 V，电机才轮得到剩下的 —— 在 5 V 的电源上，就是三分之一到三分之二的电压在轴动起来之前已经变成热。DRV8833 自己那排排针是散着发的，所以它一样要花掉和 N20 同样的那点烙铁时间。

步进电机的线圈，该串联还是并联？

步进电机的线圈要串联还是并联，是一个真实存在的选择，但只出现在把每一相绕组的两个半边分别引出来的电机上 —— 也就是八线的双极性电机，通常是 NEMA 机座那一类。把一相的两个半边串起来，这一相的电阻翻倍，电感大约变成四倍，因为电感和匝数的平方成正比：驱动器只要一半的电流就能给出同样的磁拉力，但在同样的驱动电压下，电流建立起来慢得多，所以步进频率一往上走，扭力就先垮下去。把它们并起来，电感掉到串联时的大约四分之一，而驱动器要推大约两倍的电流 —— 静止时的扭力一样，速度上去以后的扭力曲线却平坦得多。所以：要用一块普通驱动器在低速下拉得动，选串联；要速度，选并联。

28BYJ-48 不在这个选择里。它是一颗五线的单极性电机 —— 一条公共的红线接到电源，另外四条线圈端由 ULN2003 逐一拉到地 —— 根本没有第二个半绕组可以让你换接法。如果你的项目真的需要串联还是并联这个决定，那它需要的是一颗八线双极性步进电机加一块斩波恒流驱动器；如果不需要，就用 28BYJ-48 原本配的那块 ULN2003 板 —— 我们的 28BYJ-48 逐步教程把那套接线从插上插头一路带到第一次转动。

我们从真实客户身上看到的常见错误

买一颗 180° 舵机去带轮子。定位舵机内部有机械限位，也有一个会到头的电位器；不管你送什么脉冲，它都不可能连续旋转。轮子要的是直流减速电机，或者一颗本来就设计成连续旋转的舵机。

直接从 Uno 的 5 V 脚给电机供电。板子做到一半自己重启、舵机一直抖，最常见的原因就是这个：启动电流和堵转电流把 5 V 那条电源拉到单片机的欠压门槛以下。

以为步进电机知道自己在哪。卡过一次料，或者遇到一个它跟不上的步进频率之后，程序里的步数和轴的真实位置就对不上了，而且没有任何东西会提示你。要么在设计里加一个回零开关，要么接受这份漂移。

买了一颗裸电机，却没有东西接得上去。N20 到手是两片焊片，一条线都没有 —— 要么把烙铁的时间算进去，要么挑一颗原厂就带线的电机。

常见问题

Arduino 用步进电机还是舵机，该选哪一个？

要「转到这个角度然后守住」，而且在大约 180° 以内，用舵机；要「转一个数出来的量」，或者要超过一圈，用步进电机。舵机会自我纠正，因为它量得到自己的轴；步进电机什么都不量，所以它可以一直转下去，但会无声地丢步。

一块 Arduino 可以控制几颗步进电机？

论引脚，Uno 装得下四块 ULN2003 板 —— 18 个可用脚，每块吃 4 个 —— 但靠 USB 供电只有一颗跑得舒服。每颗 28BYJ-48 持续抽大约 200 mA，所以四颗需要一组大约 1 A 的外部 5 V 电源，地要和 Uno 接在一起。

步进电机的线圈该串联还是并联？

串联在低速下用更小的驱动电流换到更大的扭力；并联要大约两倍的电流，但在较高的步进频率下扭力守得住。这个选择只存在于八线的双极性步进电机上。28BYJ-48 是五线单极性的，两种接法都做不了。

步进电机一般用来做什么？

任何既要转到一个可重复的位置、又要转得比舵机那段行程更远的场合：打印机和扫描仪的机构、3D 打印机的轴、相机滑轨、旋转显示装置、阀门、分配器和刻度指示盘。而停下来时还有保持扭力，往往才是它真正被选中的原因。

步进电机比直流电机好在哪里？

不用任何传感器就能定位，因为每一个脉冲都是一个已知的增量；停下来时有真正的保持扭力，而直流电机完全没有；还有不靠减速箱就能跑得又慢又稳。代价是要一块四线的驱动器、就算停着也持续耗电，以及一旦丢步不会有任何提示。

最后更新：2026 年 8 月。有问题？WhatsApp 联系我们。