Arduino Unoのピン配置：デジタル、PWM、アナログ、電源ピンを解説

Arduino Unoのピン配置は、ボードの2つの長辺に沿って並ぶ黒いメスのピンヘッダーにある32の接続点で構成されています。14本のデジタル入出力ピン（0〜13）とそのうちPWMを出力できる6本（~3、5、6、9、10、11）、6本のアナログ入力（A0〜A5）、そしてボードに給電したりほかの部品に電源を供給したりする電源ピン（Vin、5V、3.3V、GND、IOREF、AREF、RESET）です。どのピンにもおもな役割がありますが、多くのピンは2つ目の役割も持っています。A4とA5はI2Cバスでもあり、10〜13はSPIバスを構成し、2と3は割り込みピン、0と1はパソコンと通信するシリアル線です。

正しいピンを選べるかどうかで、一度で動くプロジェクトになるか、何時間もデバッグすることになるかが決まります。この記事の表を見れば、サーボをつないだとたんに9番と10番のPWMが止まる理由、Bluetoothモジュールをつないでいるとスケッチが書き込めない理由、数個のLEDでボードに負担がかかる理由も簡単にわかります。最後には、すべての種類のピンを一度に試すテスト用スケッチ、ピン割り当ての例、Uno R3とR4のピンの違いも紹介します。

Arduino Unoのピン配置図：各ピンはどこにある？

USBソケットと電源ジャックを左にして、ボードを手前に置きます。上の辺の2つのヘッダーにはデジタルピンがあり、番号は右から左へ増えていくので、一番右のピンが0（RX）、一番左のデジタルピンが13です。下の辺では、左のヘッダーに電源ピン、右のヘッダーにアナログ入力があります。番号の横の~（チルダ）は、そのピンがPWMを出力できることを示します。ボードの右の辺にある2×3のオスピンのまとまりがICSPヘッダーです。

ピンの一覧表：D0〜D13とA0〜A5

デジタルピン（0〜13）のしくみ

各デジタルピンはpinMode()で入力か出力に設定します。出力では、digitalWrite(pin, HIGH)でピンが約5 Vに、LOWで0 Vになります。入力では、digitalRead()が電圧をしきい値と比べます。ATmega328Pが5 Vで動いているとき、3.0 Vより上は確実にHIGH、1.5 Vより下は確実にLOWで、その間は不定です。そのため、3.3 Vのセンサーの出力はUnoではふつうHIGHとして読めます。ただし、Unoの5 Vの出力を3.3 Vのモジュールの入力に直接つないではいけません。間にレベル変換モジュールが必要です。

何もつながっていない入力ピンは浮いた状態で、手を近づけるだけでもHIGHとLOWがでたらめに読めます。解決策は、抵抗でピンを決まった電圧に引っぱることです。pinMode(pin, INPUT_PULLUP)でチップ内部の20〜50 kΩの抵抗がオンになり、ボタンはピンとGNDの間に入れます。詳しくはArduinoに押しボタンをつなぐ方法をご覧ください。13番ピンはボード上のLのLEDにつながっています。純正品のR3ではこのLEDはオペアンプのバッファを通して駆動されるので、ピンを入力として使っても問題ありませんが、一部の互換品ではLEDと抵抗がピンに直接つながっていて、内部プルアップでのボタンの読み取りを乱すことがあります。

PWMピン（~3、5、6、9、10、11）とタイマー

Unoは本物のアナログ出力を出せません。その代わり、この6本のピンでは、とても速くオン・オフを繰り返す方形波であるPWMが使えます。analogWrite(pin, value)で、波がオンになっている長さを0〜255で設定します。0は完全にオフ、127はおよそ半分、255は完全にオンです。LEDの明るさ、モーターの速度、ファンの回転は、すべてこの方法で制御します。6本のPWMピンは2本ずつ3つのハードウェアタイマーに結びついていて、これが一部のライブラリとの競合の原因です。PWMの考え方とデューティ比の計算方法はPWMとは？で解説しています。

アナログピン（A0〜A5）とAREF

アナログピンは0〜5 Vの電圧を10ビットの分解能で測り、analogRead()は0〜1023の数値を返します。1ステップは約4.9 mVです。数値を電圧に直すには電圧 = 値 × 5.0 / 1023を使うので、512なら約2.5 Vです。6本のピンは1つのADCを順番に共有し、1回の読み取りに約100 µsかかるので、1秒に約10,000回読み取れます。正確な結果を得るには、センサーの出力インピーダンスが10 kΩを超えないようにします。それより高いと、2本のピンを続けて読んだときに値が互いに混ざることがあり、最初の値を捨てて2回目の値を使うと解決します。5 Vを超える電圧を測るには、分圧回路の計算ツールで適切な抵抗を選びましょう。

AREFピンを使うと、アナログ測定の上限を変えられます。analogReference(DEFAULT)は5 Vを、analogReference(INTERNAL)はチップ内部の1.1 Vの基準電圧を、analogReference(EXTERNAL)はAREFピンに加えた電圧（0〜5 V）を範囲の上限として使います。0〜1 Vを出力するセンサーなら、1.1 Vの基準電圧で1ステップが約1.1 mVに縮み、測定が約4.5倍細かくなります。ポテンショメーター、LDR、土壌水分センサーなどの部品はこれらのピンにつなぎます。アナログ・デジタル変換について詳しくはADCの記事を、実際の例はポテンショメーターの記事をご覧ください。

電源ピン：Vin、5V、3.3V、GND、IOREF、RESET

Unoへの給電方法は3つあります。USBでは、ボードはパソコンから5 Vを直接受け取り、500 mAの復帰型ヒューズがパソコンのポートを守ります。DCジャックかVinから7〜12 Vを入れると、ボード上のレギュレーターが5 Vに下げます。両方つながっている場合、Vinが約6.6 Vを超えると、ボードは自動で外部電源に切り替わります。レギュレーターは余分な電圧を熱に変えるので、12 V入力で5Vピンから数百mAを取り出すとすぐに熱くなります。最も健全なのは、サーボ、モーター、LEDテープなどの負荷を別の電源から給電し、GNDだけをつなぐ方法です。電池の選び方と動作時間は電池寿命の計算ツールで、すべての給電方法はArduinoの電源の取り方で確認できます。

0番と1番のピンを空けておくべき理由

0番（RX）と1番（TX）のピンはATmega328Pの唯一のハードウェアシリアルポートで、ボード上では1 kΩの抵抗を通してUSBシリアル変換チップ（ATmega16U2）につながっています。パソコンは、コードを書き込むときとシリアルモニタに文字を送るときにこの2本のピンを使います。Bluetoothモジュールなどの信号のTX線が0番ピンにつながっていると、2つの信号源が同じ線を奪い合い、書き込みがavrdude: stk500_getsync() attempt 10 of 10: not in sync: resp=0x00（同期できない）で止まります。さらに、Serial.print()が実行されるたびに1番ピンが細かく切り替わるので、そこにつないだLEDやリレーがでたらめに動きます。

そのため、ほかのピンが足りなくなるまでは0番と1番を空けておきましょう。HC-05、GPS、MP3プレーヤーなどのシリアルモジュールをつなぐ必要があるなら、SoftwareSerialライブラリでほかの2本のピンに2つ目のシリアルポートを作れます。下のスケッチはモジュールを8番（RX）と7番（TX）のピンにつなぎ、シリアルモニタで入力した文字をモジュールへ、モジュールが送った文字をパソコンへ転送します。HC-05のような3.3 Vロジックのモジュールでは、UnoのTX出力（7番ピン）を分圧回路を通してモジュールのRXピンにつなぎます。書き込みのトラブルの対処法はArduinoにコードが書き込めないときに、シリアル通信のしくみはUARTシリアル通信にまとめています。

1#include <SoftwareSerial.h>
2
3SoftwareSerial moduleSerial(8, 7);   // RX = 8, TX = 7; 0 ve 1 boş kalır / 0 and 1 stay free
4
5void setup() {
6  Serial.begin(9600);                // USB üzerinden bilgisayar / computer over USB
7  moduleSerial.begin(9600);          // HC-05 veri modu hızı / HC-05 data mode baud rate
8  Serial.println(F("Seri kopru hazir / Serial bridge ready"));
9}
10
11void loop() {
12  if (moduleSerial.available()) {
13    Serial.write(moduleSerial.read());   // modülden bilgisayara / module to computer
14  }
15  if (Serial.available()) {
16    moduleSerial.write(Serial.read());   // bilgisayardan modüle / computer to module
17  }
18}

通信用のピン：I2C（A4/A5）、SPI（10〜13）、割り込みピン（2、3）

I2Cを使うと、わずか2本の線（SDAとSCL）で同じバスに何十ものデバイスをつなげます。LCDディスプレイ、OLED、RTC時計モジュール、BME280などのセンサーはどれもI2Cを使います。Unoでは、SDA = A4、SCL = A5です。R3のボードでAREFの横にあるSDAとSCLのピンは別のバスではなく、内部でA4とA5につながっているので、I2Cを使っている間はA4とA5をアナログの読み取りに使えません。Wireライブラリは初期設定で100 kHzで動き、Wire.setClock(400000)で400 kHzまで上げられます。アドレス、プルアップ抵抗、I2CスキャナーのスケッチはI2Cとは？で、実際の例はI2C LCDディスプレイの使い方で紹介しています。

SPIはより高速ですが、線が多く必要です。MOSI = 11、MISO = 12、SCK = 13、SS（CS） = 10です。SDカードモジュール、RFIDリーダー、TFTディスプレイはSPIを使います。複数のデバイスでバスを共有でき、MOSI、MISO、SCKは共通で、デバイスごとに専用のCSピンを割り当てます。大切な点として、SPIがマスターモードの間は、10番ピンを出力のままにしておく必要があります。10番ピンを入力にしてLOWに引っぱられると、ATmega328Pは自分でスレーブモードに切り替わり、SPIが止まります。MISO、MOSI、SCKはICSPヘッダーにもあり、そこからSPIにつなぐシールドもあります。詳しくはSPIとは？とRFID RC522をご覧ください。

割り込みを使うと、loop()がその瞬間に何をしていても、ピンの変化をすぐにとらえられます。Unoの外部割り込みは2番（INT0）と3番（INT1）のピンにしかありません。attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), function, FALLING)のように書き、トリガーのモードはLOW、CHANGE、RISING、FALLINGから選べます。エンコーダー、回転数センサー、水流センサー、決して見逃してはいけないボタンはこれらのピンにつなぎます。ほかのピンにも「ピン変化割り込み」（PCINT）がありますが、同じポートのピンが1つの割り込み関数を共有するため、どのピンが変化したかはコードで調べる必要があります。ルールと例はArduinoの割り込みで紹介しています。

ESP32やPicoに移るときの最大の違いは電圧です。どちらのボードも3.3 Vで動き、ピンは5 Vトレラントではないので、Unoに直接つないでいた5 Vのモジュールにはレベル変換が必要になることがあります。一方、これらのボードはほぼすべてのピンで割り込みとPWMが使え、I2CとSPIのバスもほかのピンに移せます。ボードを比べるにはArduinoとESP32の違いは？を、ピンの配置図を見るにはピン配置ツールを使いましょう。ボードそのものについてはESP32とは？とRaspberry Pi Picoとは？で解説しています。

ICSPヘッダーは何のためにある？

ICSP（In-Circuit Serial Programming）は、USBやブートローダーを使わず、SPIの線で直接マイコンにプログラムを書き込むための2×3のヘッダーです。ボードの右の辺にあるICSPはATmega328P用で、USBソケットの横にある小さなICSP1はUSBシリアル変換チップ（ATmega16U2）用です。ふだんの使い方では触れませんが、ブートローダーが壊れたとき、新しいATmega328Pにブートローダーを書き込むとき、USBaspなどの書込装置でコードを書き込むときにICSPを使います。ArduinoISPのスケッチ例で2台目のUnoを書込装置にする場合は、書込装置側の10、11、12、13番ピンをターゲットのボードのRESET、MOSI、MISO、SCKの線につなぎ、書込装置のUnoのRESETとGNDの間に10 µFのコンデンサを入れて自動リセットを防ぎます。ボードが壊れていないか調べるには、Arduinoが壊れたかどうかの確認方法をご覧ください。

ピンあたり20 mA、合計200 mA：電流の上限

Unoのピンを安全に使えるのは20 mAまでです。ATmega328Pのデータシートにある40 mAは絶対最大定格で、それを超えるとチップが永久に壊れることがある値であり、動作させる値ではありません。チップのVCCとGNDピンを流れる合計の電流は200 mAを超えてはいけません。データシートではピンをグループにも分けています。電流を出す（HIGH）ときは、D0〜D4とA0〜A5の合計、D5〜D13の合計をそれぞれ150 mA未満に、電流を吸い込む（LOW）ときは、D0〜D4、D5〜D13、A0〜A5の各グループを100 mA未満に保ちます。赤のLEDを5 Vから220 Ωの抵抗で駆動すると、電流は(5 − 2) / 220 ≈ 13.6 mAです。10個のLEDを同時に点けると合計136 mAで、200 mAは下回りますが、すべて同じグループにあると、グループの上限150 mAにかなり近づきます。LEDがピンのLOWで点く配線（5Vからピンへ抵抗）で、ほとんどが同じグループにあると、100 mAの上限を超えてしまいます。LEDをグループに分散させるか、抵抗を330〜470 Ωに上げましょう。適切な抵抗はLEDの抵抗の計算ツールかオームの法則の計算ツールで求められます。

• モーター：小さなDCモーターでも数百mAを流し、電圧スパイクを生みます。L298Nなどのモータードライバかトランジスタを使いましょう。
• リレーのコイル：5 Vリレーのコイルは約70〜90 mAを流します。トランジスタとダイオード付きのリレーモジュールを使いましょう。
• サーボモーター：信号線はピンにつないでかまいませんが、サーボの電源は5Vピンではなく別の電源から取ります。詳しくはサーボモーターの記事をご覧ください。
• LEDテープとハイパワーLED：12 Vのテープや1 WのLEDには、ロジックレベルのMOSFETが必要です。
• ショート：HIGHになっている出力をGNDに直接つなぐと、ピンから40 mAをはるかに超える電流が流れ、ピンが二度と使えなくなります。

テスト用スケッチ：デジタル、PWM、アナログ、割り込みのピンをまとめて試す

1. 220 Ωの抵抗を通して9番ピンにLEDをつなぎます。長い足を抵抗へ、短い足をGNDへつなぎます。
2. ポテンショメーターの両端の足を5VとGNDに、中央の足をA0につなぎます。
3. 2番ピンとGNDの間にボタンをつなぎます。内部プルアップを使うので、抵抗は不要です。
4. スケッチを書き込み、シリアルモニタを開いて9600ボーに設定します。
5. ポテンショメーターを回すと、9番ピンのLEDの明るさが変わり、電圧が2.5 Vを超えるとボード上のLのLED（13番ピン）が点き、ボタンを押すたびにカウンターが1つ増えます。

1const byte BUTTON_PIN = 2;    // kesme pini INT0 / interrupt pin INT0
2const byte PWM_LED    = 9;    // ~9: PWM çıkışı / PWM output
3const byte STATUS_LED = 13;   // kart üzerindeki L LED'i / onboard L LED
4const byte POT_PIN    = A0;   // analog giriş / analog input
5
6volatile unsigned int pressCount = 0;   // ISR içinde değişir / changed inside the ISR
7
8void onButton() {
9  static unsigned long lastPressMs = 0;
10  unsigned long now = millis();
11  if (now - lastPressMs > 50) {         // 50 ms sıçrama filtresi / 50 ms debounce
12    pressCount++;
13    lastPressMs = now;
14  }
15}
16
17void setup() {
18  Serial.begin(9600);                   // 0 ve 1 numaralı pinleri kullanır / uses pins 0 and 1
19  pinMode(STATUS_LED, OUTPUT);
20  pinMode(PWM_LED, OUTPUT);
21  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);    // dahili pull-up direnci / internal pull-up resistor
22  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(BUTTON_PIN), onButton, FALLING);
23}
24
25void loop() {
26  int raw = analogRead(POT_PIN);        // 0-1023 arası ham değer / raw value 0-1023
27  float volts = raw * 5.0 / 1023.0;     // volta çevir / convert to volts
28  analogWrite(PWM_LED, raw / 4);        // 0-255 arası PWM / PWM from 0 to 255
29  digitalWrite(STATUS_LED, volts > 2.5 ? HIGH : LOW);   // 2,5 V eşiği / 2.5 V threshold
30
31  noInterrupts();                       // sayacı güvenle kopyala / copy the counter safely
32  unsigned int presses = pressCount;
33  interrupts();
34
35  Serial.print(F("A0: "));
36  Serial.print(raw);
37  Serial.print(F("  V: "));
38  Serial.print(volts, 2);
39  Serial.print(F("  Buton / Button: "));
40  Serial.println(presses);
41  delay(200);
42}

このスケッチでは、Unoの4種類のピンを同時に使っています。analogRead(A0)は0〜1023の値を読み、raw / 4でanalogWrite()が受け付ける0〜255の範囲に縮めます。チャタリングを数えないように、割り込み関数は前回の押下から50 ms以内に来た信号を無視します。割り込みの中で変わるカウンターはvolatileで宣言し、loop()では割り込みを一瞬止めている間にコピーします。8ビットのUnoは16ビットの数値を2回に分けて読むため、その間に割り込みが来ると間違った値になることがあるからです。0番と1番のピンはSerialだけに使い、ほかには何もつないでいません。

ピン割り当ての例：どの部品をどのピンにつなぐ？

部品の多いプロジェクトでピンを適当に割り当てると、競合が起きます。まず特別な役割（I2C、SPI、割り込み、PWM）を持つ部品を専用のピンに置き、それから単純なデジタルの役割を空いているピンに割り当てます。下は、RFIDカードのドアロックの例です。RC522リーダー、I2C LCD、サーボ、ブザー、ボタン、LED 2個を使います。サーボとtone()を一緒に使うので、3、9、10、11番のPWMは最初から使えず、割り当てではそれを考慮しています。

Arduino Uno R3とR4のピンの違い

まとめると、R4でもピン番号と機能は同じですが（PWMは~3、5、6、9、10、11、I2CはA4/A5、SPIは10〜13、割り込みは2、3）、ピンあたりの電流が8 mAに下がります。R3でピンから直接駆動していたLEDは、R4ではより大きな抵抗（たとえば約3 mAになる1 kΩ）かトランジスタが必要です。詳しい比較はArduino Uno R4にあります。もっと小さなボードを探しているなら、Arduino Nanoのピン配置とどのArduinoを買えばいい？が役に立ちます。

よくある失敗と対処法

Arduino Unoのピンがわかれば、部品をどこにつなぐかを暗記する必要はありません。部品に何が必要かを見て、正しいピンを自分で選べるようになります。基本をもう一度おさらいしたいなら、Arduinoとは？から始めましょう。BlueGraysアプリには、LEDの点灯、ボタンの読み取り、LDRでの明るさの測定、PWMでのRGB LED、I2C LCD、RFID、シリアル線で通信する2台のArduinoなどのプロジェクトがあり、それぞれ各ピンを選んだ理由がわかる回路図とすぐに使えるコード付きで、ステップごとに学べます。