[初回公開] 2019年08月30日
Raspberry Pi には GPIO と呼ばれる電気を供給したり電気信号の入出力に利用するピンが用意されており、センサーなど電子部品と組み合わせて利用する場合に必要な機能ですが、各ピンの情報と役割が明記されたマニュアル等は付属されていないため、概要と確認方法について紹介します。
このページの目次
１．Raspberry Pi に用意されているピンの仕様
Raspberry Pi に用意されているピンの仕様は、製品によって異なりますが、広く利用されている Raspberry Pi 2/3/4 では GPIO ピンはいずれも 40 本用意されています。
Raspberry Pi のピン番号と名称は下図のようになっており、赤背景の Vcc が電流を出力し、灰色背景の GND が回路の終端となります。GPIO と記載のあるピンはセンサー類を取り付けることで電気信号の入出力が可能です。
また、小型タイプなどではピンの数量が異なっており、例えば Raspberry Pi 1 Model B+ 以前の製品はピン配置が異なり 26 本となっています。
２．GPIO とは
GPIO とは、General Purpose Input/Output の略で、電気信号の入出力を行うことができるピンです。GPIO とセンサーなど電子部品を接続することで、Raspberry Pi に設置したプログラムで電子部品を制御したり、センサーで取得した温度や音などの情報をデジタル化して Raspberry Pi に集積させることができます。
また、Raspberry Pi の GPIO ピンは 3.3V の出力電圧があるため、電子部品に電気の供給も可能です。そのため、例えば一定間隔で電圧を上げたり下げたりするプログラムと組み合わせることで、LED を点灯から点滅に切り替えるといった制御が行えます。
しかし、取り扱いには注意が必要です。電流については全てのピンを合わせて約 50mA しか扱えず、1 本の GPIO ピンが扱える電流は 16mA までとなっているため、これを超える使い方は行わないようにしなければなりません。
３．Raspberry Pi のピンを確認する方法
Raspberry Pi は本体購入時にマニュアル類が付属していないため、ピンを確認する方法はコマンドとドキュメントの 2 通りです。
3-1．pinout コマンドで確認する
Raspberry Pi のピンを確認する方法の 1 つに pinout コマンドを利用する手段があります。ターミナルを開く、または SSH で Raspberry Pi にリモートでアクセスして下記のコマンドを入力すると、ピンの一覧を確認することができます。
$ pinout
3-2．ドキュメントで確認する
Raspberry Pi のピンを確認するもう 1 つの方法は、公式ドキュメントを参照することです。ドキュメントは Raspberry Pi の公式サイトで公開されており、画像または PDF で確認することができます。
４．Raspberry Pi でよく利用するピン
Raspberry Pi でよく利用するピンは、次の 2 つです。
4-1．GND ピン
GND ピンは電子回路を流れる電気の終端となるもので、電圧の高いところから低いところに流れる性質を利用するために、電位を 0V にする必要があります。
4-2．GPIO ピン
GPIO ピンは電気信号の入出力に利用され、センサーで取得したデータやカメラの映像など、デジタル信号化された内容を Raspberry Pi で受け取るために必要なピンです。また、3.3V の出力電圧があるため、電源供給時にも利用されます。
５．Raspberry Pi に用意されているピンの一覧
Raspberry Pi に用意されているピンの一覧は下表のとおりです。GPIO の名称の後ろに文字列の記載がないものは、どこに挿しても同じ挙動となりますが、名称の後ろに単語があるものは用途が特殊なので注意が必要です。
| ピン略称 | 役割 |
|---|---|
| Vcc | 電源 |
| GPIO | 入出力 |
| GND | グランド |
| ID_SD | 拡張ボード用 |
| ID_SC | 拡張ボード用 |
| I2C | シリアル通信 |
| SDA | データ入出力 |
| SCL | クロック |
| UART_TXD | シリアル通信でデータ送信 |
| UART_RXD | シリアル通信でデータ受信 |
| SPI_MOSI | マスタからスレーブに転送 |
| SPI_MISO | スレーブからマスタに転送 |
| SPI_SCLK | SPI 通信クロック信号 |
| SPI_CE0 | チップセレクト信号（1） |
| SPI_CE1 | チップセレクト信号（2） |
６．最近の GPIO 関連の動向
近年では、Raspberry Pi の GPIO を活用した製品開発や教育用途がますます拡大しています。特に AI カメラやスマートセンサーと組み合わせた IoT 機器の開発が活発になっており、GPIO ピンを経由したセンサー制御が注目されています。
また、Raspberry Pi 5 の登場により GPIO のレイテンシが改善され、よりリアルタイムな処理が求められるアプリケーションでも活用され始めています。これに対応するため、Python だけでなく Rust や C++ などの低レベル言語による制御例も増加しています。
教育現場では、初心者でも視覚的にピンの配置が理解できる「pinout.xyz」のようなツールが引き続き支持されており、STEM 教育の一環として GPIO 学習キットの導入も増えています。
７．まとめ
Raspberry Pi の GPIO は、センサーやLEDなどの電子部品を制御したり、データを取得したりする上で非常に重要な機能です。ピンの配置や用途を正しく理解し、安全に取り扱うことが重要です。
pinout コマンドや公式ドキュメントなどを活用し、用途に応じた正しい接続を心がけましょう。また、今後の Raspberry Pi の進化や新製品にあわせて GPIO の仕様も変わる可能性があるため、最新情報の確認も欠かせません。
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