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NANO ESP32 統合環境
2025.11.20


●Arduino Nano ESP32

Arduino Nano ESP32 ユーザーマニュアル

Arduino Nano ESP32 には、下記のような機能があります
・豊富なメモリ(384KB ROM,512KB RAM,16MB Flash, 8MB PSRAM
・USBホスト機能
・2系統のSPI
・2系統のI2C
・3系統のシリアル
・動作電圧3.3V

Features
MICROCONTROLLER:ESP32-S3R8 (Dual-core 32-bit Xtensa LX7)
CLOCK FREQUENCY:ESP32-S3R8 240MHz
STORAGE:384KB ROM,512KB RAM,16MB Flash, 8MB PSRAM
WiFi:2.4GHz WiFi IEEE802.11 b/g/n
Bluetooth:Bluetooth LE v5.0
OPERATING VOLTAGE:3.3V
POWER INPUT:6-21V
IO PIN OUTPUT CURRENT:40mA
DIGITAL PINS:14
ANALOG PINS:8
DAC:None
PWM:5
UART:3
I2C:2
SPI:2
5V POWER OUTPUT:1000mA Max
VIN:6~21V
LED:POWER(GREEN),SCK(YELLOW),RGB-LED

VBUS
Nano ESP32は、5Vピンを搭載していません。 USB経由で電源供給されている場合、VBUSは5Vを供給します。

VIN
VIN入力電圧は6~21Vが推奨されています。 VINピン経由で電源供給されている場合はVBUSは無効になります。 VINピン経由でボードに電源を供給している間は、ボードから5Vを得ることができず、ロジックレベルシフタまたは外部5V電源を使用する必要があります。

ANALOG
すべてのアナログ ピンはデジタル ピンとしても使用できますが、その逆はできません。 ADCピンのデフォルトの解像度は 12 ビットです (0 ~ 4095 の間の値を返します)。
ADC2(A4~A7)ピンはWi-Fi機能とリソースを共有しているため、Wi-Fiが有効な間はアナログ入力として使用できません。ただし、I2C通信はWi-Fiと同時に使用できます。

DAC
実装されていません。

●Pinouts


~/.platformio/packages/framework-arduinoespressif32/variants/arduino_nano_nora/pins_arduino.h
#ifndef Pins_Arduino_h
#define Pins_Arduino_h

#include <stdint.h>

#define USB_VID 0x2341
#define USB_PID 0x0070

#ifndef __cplusplus
#define constexpr const
#endif

// primary pin names

#if defined(BOARD_HAS_PIN_REMAP) && !defined(BOARD_USES_HW_GPIO_NUMBERS)

// Arduino style definitions (API uses Dx)

static constexpr uint8_t D0         = 0; // also RX
static constexpr uint8_t D1         = 1; // also TX
static constexpr uint8_t D2         = 2;
static constexpr uint8_t D3         = 3; // also CTS
static constexpr uint8_t D4         = 4; // also DSR
static constexpr uint8_t D5         = 5;
static constexpr uint8_t D6         = 6;
static constexpr uint8_t D7         = 7;
static constexpr uint8_t D8         = 8;
static constexpr uint8_t D9         = 9;
static constexpr uint8_t D10        = 10; // also SS
static constexpr uint8_t D11        = 11; // also MOSI
static constexpr uint8_t D12        = 12; // also MISO
static constexpr uint8_t D13        = 13; // also SCK, LED_BUILTIN
static constexpr uint8_t LED_RED    = 14;
static constexpr uint8_t LED_GREEN  = 15;
static constexpr uint8_t LED_BLUE   = 16; // also RTS

static constexpr uint8_t A0         = 17; // also DTR
static constexpr uint8_t A1         = 18;
static constexpr uint8_t A2         = 19;
static constexpr uint8_t A3         = 20;
static constexpr uint8_t A4         = 21; // also SDA
static constexpr uint8_t A5         = 22; // also SCL
static constexpr uint8_t A6         = 23;
static constexpr uint8_t A7         = 24;

#else

// ESP32-style definitions (API uses GPIOx)

static constexpr uint8_t D0         = 44; // also RX
static constexpr uint8_t D1         = 43; // also TX
static constexpr uint8_t D2         = 5;
static constexpr uint8_t D3         = 6;  // also CTS
static constexpr uint8_t D4         = 7;  // also DSR
static constexpr uint8_t D5         = 8;
static constexpr uint8_t D6         = 9;
static constexpr uint8_t D7         = 10;
static constexpr uint8_t D8         = 17;
static constexpr uint8_t D9         = 18;
static constexpr uint8_t D10        = 21; // also SS
static constexpr uint8_t D11        = 38; // also MOSI
static constexpr uint8_t D12        = 47; // also MISO
static constexpr uint8_t D13        = 48; // also SCK, LED_BUILTIN
static constexpr uint8_t LED_RED    = 46;
static constexpr uint8_t LED_GREEN  = 0;
static constexpr uint8_t LED_BLUE   = 45; // also RTS

static constexpr uint8_t A0         = 1;  // also DTR
static constexpr uint8_t A1         = 2;
static constexpr uint8_t A2         = 3;
static constexpr uint8_t A3         = 4;
static constexpr uint8_t A4         = 11; // also SDA
static constexpr uint8_t A5         = 12; // also SCL
static constexpr uint8_t A6         = 13;
static constexpr uint8_t A7         = 14;

#endif

// Aliases

static constexpr uint8_t LEDR = LED_RED;
static constexpr uint8_t LEDG = LED_GREEN;
static constexpr uint8_t LEDB = LED_BLUE;

// alternate pin functions

static constexpr uint8_t LED_BUILTIN = D13;

static constexpr uint8_t TX   = D1;
static constexpr uint8_t RX   = D0;
static constexpr uint8_t RTS  = LED_BLUE;
static constexpr uint8_t CTS  = D3;
static constexpr uint8_t DTR  = A0;
static constexpr uint8_t DSR  = D4;

static constexpr uint8_t SS   = D10;
static constexpr uint8_t MOSI = D11;
static constexpr uint8_t MISO = D12;
static constexpr uint8_t SCK  = D13;

static constexpr uint8_t SDA  = A4;
static constexpr uint8_t SCL  = A5;

#define PIN_I2S_SCK     D7
#define PIN_I2S_FS      D8
#define PIN_I2S_SD      D9
#define PIN_I2S_SD_OUT  D9 // same as bidir
#define PIN_I2S_SD_IN   D10

#ifndef __cplusplus
#undef constexpr
#endif

#endif /* Pins_Arduino_h */

●Waveshare ESP32-S3-Nano
Arduino Nano ESP32は高額なので、統合環境の試作機には互換機を使用します



Compatible with Arduino Nano ESP32
Wiki: www.waveshare.com/wiki/ESP32-S3-Nano

●プロトタイプ作成

試作機を作るにあたり、KeyestudioのUNOプロトタイプ基板を用いました。

こんな感じになります。

●開発環境
ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています
Arduino開発環境構築 PlatformIO

環境設定
$ pio boards 'NANO ESP32'
========================================================================
ID                  MCU      Frequency  Flash  RAM    Name
------------------  -------  ---------  -----  -----  ------------------
arduino_nano_esp32  ESP32S3  240MHz     16MB   320KB  Arduino Nano ESP32
~/.platformio/platforms/espressif32/boards/arduino_nano_esp32.json
"extra_flags": [
  "-DARDUINO_NANO_ESP32",
  "-DBOARD_HAS_PIN_REMAP", ← 削除

pins_arduino.h
#if defined(BOARD_HAS_PIN_REMAP) && !defined(BOARD_USES_HW_GPIO_NUMBERS)
// Arduino style definitions (API uses Dx)
static constexpr uint8_t D0         = 0; // also RX
static constexpr uint8_t D1         = 1; // also TX
......
#else
// ESP32-style definitions (API uses GPIOx)
static constexpr uint8_t D0         = 44; // also RX
static constexpr uint8_t D1         = 43; // also TX
......

arduino_nano_esp32.json で"-DBOARD_HAS_PIN_REMAP" の記述を削除してESP32スタイルのGPIO番号での指定を有効にしたほうがよいかもしれません。

環境設定ファイル
$ pio init -b arduino_nano_esp32
$ vi platformio.ini
[env:arduino_nano_esp32]
platform = espressif32
board = arduino_nano_esp32
framework = arduino
board_build.partitions = default_16MB.csv
build_flags =
	-DBOARD_HAS_PSRAM
	-mfix-esp32-psram-cache-issue
	-DCORE_DEBUG_LEVEL=4
board_build.arduino.memory_type = qio_opi
board_build.f_flash = 80000000L
board_build.flash_mode = dio
monitor_speed = 115200
upload_port = /dev/ttyACM0

$ pio run -e arduino_nano_esp32 -t upload
dfu-util: No DFU capable USB device available

リセットボタンをダブルクリックすると、DFUモードになり再び書き込めるようになります。

USB DFUプロトコル
NANO ESP32 ではアップロードにUSB DFUプロトコルを使用しています。 Nano ESP32 には、Arduino ブートローダー モードと呼ばれる機能があります。 これはボードの電源が入っているときにリセット ボタンを 2 回押すことで、ボードを一種のリカバリ モードにすることができることを意味します。 ブートローダーモードに入るには、リセットボタンを押し、RGB LEDが点滅したらもう一度押します。緑色のLEDがゆっくりと点滅し始めたら、ブートローダーモードに正常に入ったことがわかります。
DFUプロトコルをサポートしているRaspberry Pi OSについては下記を参考にしてください

Raspberry Pi OS Bookworm & PlatformIO

●USBホスト機能

Nano ESP32 では、GPIO19(USB D-).GPIO20(USB D+)がUSB端子に引き出されており、USBホスト機能を利用することができます。

USB MIDI機器をNano ESP32のUSB端子に接続して使用する場合、別途電源を供給する必要があります。 VIN端子の推奨入力電圧は6~21Vであり、かつVINからの電力供給はVBUSに出力されません。

Nano ESP32ボードの裏面をみてみると、USB端子と同じV+(D+),V-(D-),5V,GNDが存在するので、これを外付けUSB端子に接続します。 この外付け端子に5Vを供給すると、USB端子から5Vを電力供給することができます。

●I2C
Nano ESP32には2系統のI2Cバスがあります。 WireとWire1を同時に使用できるため、同じアドレスを共有する可能性のあるデバイスを操作するときに便利な機能です。

標準I2Cは、SDA:11、SCL:12です。このピンをQWIICコネクタに繋げています。 QWIICケーブルの先端にQwiicマルチポートアダプタを取り付けています。

Wire1を使用するには、SDAとSCLの2つの空きピンを設定する必要があります。
例) Wire1.begin(D4, D5); //sda, scl

●USBシリアルとUART

Nano ESP32 ボードには、3系統のハードウェア シリアル ポートと、USB経由で公開されるポートが備わっています。

checkPSRAM.ino
void setup() {
	Serial.begin(115200);
	Serial.printf("Internal Total heap %d, internal Free Heap %d\n", ESP.getHeapSize(), ESP.getFreeHeap());
	Serial.printf("SPIRam Total heap %d, SPIRam Free Heap %d\n", ESP.getPsramSize(), ESP.getFreePsram());
	Serial.printf("Flash Size %d, Flash Speed %d\n", ESP.getFlashChipSize(), ESP.getFlashChipSpeed());
	Serial.printf("ChipRevision %d, Cpu Freq %d, SDK Version %s\n", ESP.getChipRevision(), ESP.getCpuFreqMHz(), ESP.getSdkVersion());
	Serial.println("");
}

void loop() {}

Serial USBポートを指します。USB端子は色々な用途で使用されており、シリアル出力に用いようとすると下記のエラーが発生しました。
例) Serial.begin(115200);

$ pio device monitor -p /dev/ttyACM0 -b 115200
Disconnected (device reports readiness to read but returned no data (device disconnected or multiple access on port?))
Reconnecting to /dev/ttyACM0 .. Connected!

Serial0 ボードの RX/TX ピン (D0:44、D1:43) を介してアクセスできるハードウェア シリアル ポート (UART) を指します。
例) Serial0.begin(115200);

$ pio device monitor -p /dev/ttyAMA0 -b 115200
ESP-ROM:esp32s3-20210327
Build:Mar 27 2021
rst:0x1 (POWERON),boot:0xb (SPI_FAST_FLASH_BOOT)
SPIWP:0xee
mode:DIO, clock div:1
load:0x3fce3808,len:0x4bc
load:0x403c9700,len:0xbd8
load:0x403cc700,len:0x2a0c
entry 0x403c98d0
Internal Total heap 383556, internal Free Heap 350584
SPIRam Total heap 8386279, SPIRam Free Heap 8386035
Flash Size 16777216, Flash Speed 80000000
ChipRevision 0, Cpu Freq 240, SDK Version v4.4.7-dirty
ブートローダー/カーネルと共有され、ブート/リセット時にいくつかのメッセージを表示します。

Serial1
Serial2
任意の空いている GPIO に割り当てることができます。
システムメッセージを表示したくないときにはこの2つのポートを使用します。
例) Serial1.begin(115200,SERIAL_8N1, 6,5);
例) Serial2.begin(115200,SERIAL_8N1, 9,8);

$ pio device monitor -p /dev/ttyAMA0 -b 115200
Internal Total heap 383556, internal Free Heap 350584
SPIRam Total heap 8386279, SPIRam Free Heap 8386035
Flash Size 16777216, Flash Speed 80000000
ChipRevision 0, Cpu Freq 240, SDK Version v4.4.7-dirty

●SPI
Nano ESP32には2系統のSPIポート(HSPI)があります。

ここでは標準SPIをTFTディスプレイに使用しています。
#define SPI_MISO 47
#define SPI_MOSI 38
#define SPI_SCK 48
#define SPI_DC 21
#define SPI_TFT_CS 18
#define SPI_TFT_RST 17

#include <Adafruit_ILI9341.h>
Adafruit_ILI9341 tft = Adafruit_ILI9341(SPI_TFT_CS, SPI_DC, SPI_MOSI, SPI_SCK, SPI_TFT_RST, SPI_MISO);


標準SPIはUNOのピンソケット配列に合わせるようにアダプタを自作しました。

様々なSPI接続周辺機器を使用できるように脱着式にしています。

セカンドSPIポートを使用するには、空きピンを設定する必要があります。

セカンドSPIにmicroSDカードモジュールを接続して画像データを読込み、標準SPIにTFTに表示させています。
SPIClass SPI2(HSPI);
#define SPI2_MISO 3
#define SPI2_MOSI 2
#define SPI2_SCK 4
#define SPI2_CS 7
#define SDSPEED 40000000

void setup() {
 pinMode(SPI2_CS, OUTPUT);
 SPI2.begin(SPI2_SCK, SPI2_MISO, SPI2_MOSI, -1);
 if (!SD.begin(SPI2_CS, SPI2, SDSPEED)) {
 File jpegFile = SD.open( filename, FILE_READ);
 ........
}

●RGB LED
RGB LEDは発光色を使い分けてシステムの動作状況把握に使うのもよいかもしれません。

pins_arduino.h内にLEDピンの記載があります
static constexpr uint8_t LED_RED = 46;
static constexpr uint8_t LED_GREEN = 0;
static constexpr uint8_t LED_BLUE = 45; // also RTS

rgb_led.ino
int vDelay = 500;  //Controls blink speed of built in and RGB leds

void setup()
{
	pinMode(LED_RED,     OUTPUT);
	pinMode(LED_GREEN,   OUTPUT);
	pinMode(LED_BLUE,    OUTPUT);
	pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void toggleLED() {
	if (digitalRead(LED_BUILTIN) == LOW){
		digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
	} else {
		digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
	}
}

void loop() {
	toggleLED();
	digitalWrite(LED_RED,   LOW);
	digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
	digitalWrite(LED_BLUE,  LOW);
	delay(vDelay);

	toggleLED();
	digitalWrite(LED_RED,   LOW);
	digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
	digitalWrite(LED_BLUE,  HIGH);
	delay(vDelay);

	toggleLED();
	digitalWrite(LED_RED,   LOW);
	digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
	digitalWrite(LED_BLUE,  LOW);
	delay(vDelay);

	toggleLED();
	digitalWrite(LED_RED,   HIGH);
	digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
	digitalWrite(LED_BLUE,  LOW);
	delay(vDelay);

	toggleLED();
	digitalWrite(LED_RED,   HIGH);
	digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
	digitalWrite(LED_BLUE,  LOW);
	delay(vDelay);

	toggleLED();
	digitalWrite(LED_RED,   HIGH);
	digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
	digitalWrite(LED_BLUE,  HIGH);
	delay(vDelay);

	toggleLED();
	digitalWrite(LED_RED,   LOW);
	digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
	digitalWrite(LED_BLUE,  HIGH);
	delay(vDelay);
}

●配線
NANO ESP32UNO PIN SOCKET
SPI_SCK D13(48) ─ D13
SPI_MISO D12(47) ─ D12
SPI_MOSI D11(38) ─ D11
SPI_DC D10(21) ─ D10
SPI_TFT_CS D9(18)  ─ D9
SPI_TFT_RST D8(17)  ─ D8
SPI_TFT_BL D7(10)  ─ D7 Backlight
Serial2 RX D6(9)  ─ Serial2 QWIIC(RX)
Serial2 TX D5(8)  ─ Serial2 QWIIC(TX)
SPI2_CS D4(7)  ─ microSD
Serial1 RX D3(6)  ─ Serial1 D2
Serial1 TX D2(5)  ─ Serial1 D3
Serial0 TX D1(43)  ─ Serial0 D1(TX1)
Serial0 RX D0(44)  ─ Serial0 D0(RX0)
ADC2_CH4 A7(24) 非推奨Wi-Fi機能とリソースを共有しているため、
Wi-Fi有効時はアナログ入力不可。
ADC2_CH3 A6(23) 非推奨
SCL A5(22)  ─ QWIIC(SCL)
SDA A4(21)  ─ QWIIC(SDA)
SPI2_SCK A3(4)  ─ microSD
SPI2_MISO A2(3)  ─ microSD
SPI2_MOSI A1(2)  ─ microSD
ANALOG A0(17)  ─ A0

●バックトレース
ESP32が実行時にコアを吐いた場合に、バックトレース情報からソースコードの該当箇所を調べることができます。
Backtrace: 0x42004031:0x3fced260 0x420077bd:0x3fced2a0

$ ~/.platformio/packages/toolchain-xtensa-esp32s3/bin/xtensa-esp32s3-elf-addr2line -pfiaC -e ".pio/build/arduino_nano_esp32/firmware.elf" 0x42004031:0x3fced260 0x420077bd:0x3fced2a0

ESP32が落ちた(強制リセット)時にBacktraceから該当コードを調べる

Raspberry Pi(ラズベリー パイ)は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。

2020.01.05 第1回 abcjs 楽譜作成・演奏スクリプト
2020.01.09 I2S通信によるハイレゾ音源再生
2020.01.18 MIDI再生:FM音源YMF825+Arduino編
2020.01.24 FM音源YMF825+micro:bit編
2020.02.13 Piano Hat & Rosegarden
2020.03.18 テキスト読み上げ gTTS
2020.05.19 テキスト読み上げ AquesTalk pico LSI
2020.06.22 波形処理 第1回 音の波と三角関数
2020.07.22 波形処理 第2回 平均律と純正律
2020.08.26 波形処理 第3回 黒鍵と白鍵
2020.11.21 深層学習 第1回環境整備
2020.12.19 深層学習 第2回マルコフ連鎖・自動歌詞生成
2021.01.02 深層学習 第3回コード進行解析
2021.01.16 波形処理 第4回 コード演奏
2021.08.07 MIDI制御/Adafruit Music Maker
2021.08.23 MIDIフォーマット解析
2021.08.24 オーディオアンプ・スピーカー
2021.10.10 音声ファイルの切貼り
2022.09.16 USB-MIDI
2023.01.16 MAX98537 & PCM5102
2023.03.15 音源サンプリング
2023.06.16 ヤマハ音源IC YMZ294
2024.01.07 内蔵DACによるWAV再生
2024.03.23 Piano Hat for MIDI
2024.08.08 シンプルな16bit DAC
2024.09.09 ESP32-S3 USB MIDI
2024.11.10 音声変換・参照音声編集
2024.11.24 音声変換 Seed-VC
2024.12.11 音源IC SN76489
2025.01.10 ttymidi + SAM2695
2025.02.08 YMF825 + ESP32
2025.05.08 Small World 4MH711
YAMAHA YMU251-D
2025.05.23 Small World 4MH711
NJM2073
2025.06.08 Small World 4MH711
オリジナル・クロック
2025.06.23 Bluetooth Emitter
2025.11.20 NANO ESP32 統合環境

Arduinoで学ぶ組込みシステム入門(第2版)
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特集:5大人気ボード 電子工作超入門
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ハッカーの学校 IoTハッキングの教科書
生活にとけこみ、家電機器を便利にするIoT技術。 Webカメラなど、便利の裏側に潜むセキュリティの危険性をハッキングで検証。 専門家がパケットキャプチャからハードウェアハッキングまで、その攻撃と防御を徹底解説。 本書は2018年7月に刊行された「ハッカーの学校IoTハッキングの教科書」に一部修正を加えた第2版です。

攻撃手法を学んで防御せよ! 押さえておくべきIoTハッキング
本書は、経済産業省から2021年4月にリリースされた、IoTセキュリティを対象とした『機器のサイバーセキュリティ確保のためのセキュリティ検証の手引き』の『別冊2 機器メーカに向けた脅威分析及びセキュリティ検証の解説書』をもとに、IoT機器の開発者や品質保証の担当者が、攻撃者の視点に立ってセキュリティ検証を実践するための手法を、事例とともに詳細に解説しました。

ポチらせる文章術
販売サイト・ネット広告・メルマガ・ブログ・ホームページ・SNS… 全WEB媒体で効果バツグン! カリスマコピーライターが教える「見てもらう」「買ってもらう」「共感してもらう」すべてに効くネット文章術

プログラマーは世界をどう見ているのか 西村博之著
イーロン・マスク(テスラ)、ジェフ・べゾス(Amazon)、ラリー・ペイジ(Google)…etc. 世界のトップはなぜプログラマーなのか?

ニーア オートマタ PLAY ARTS改 <ヨルハ 二号 B型 DX版> PVC製 塗装済み可動フィギュア
「NieR:Automata」より、ヨルハ二号B型こと2BがPLAY ARTS改に新たに登場! 高級感の感じられるコスチュームや髪の質感、洗練されたボディバランス、細かなデティールに至るまでこだわり抜かれた逸品。 DX版には通常版のラインナップに加え2Bの随行支援ユニット ポッド042などをはじめ“純白の美しい太刀"白の約定やエフェクトパーツ、自爆モードを再現できる換装用ボディパーツ、シーンに合わせて変えられる顔パーツ2種も付属する豪華な仕様に。 作中のあらゆるシーンを再現することが可能なファン必見の一品となっている。

Newtonライト2.0 ベイズ統計
ベイズ統計は,結果から原因を推定する統計学です。AIや医療などの幅広い分野で応用されています。その基礎となるのは18世紀に考えだされた「ベイズの定理」です。 この本では,ベイズ統計学のきほんをやさしく紹介していきます。

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サンハヤト SAD-101 ニューブレッドボード


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