Per le uscite puoi usare l'integrato TLC5940, che può pilotare 16 led in PWM a singolo canale (quindi un PWM per ogni canale). Puoi anche metterne più di uno in cascata.
http://code.google.com/p/tlc5940arduino/
Per le entrate puoi usare il 4051, un integrato MUX/DEMUX. Ogni chip gestisce 8 ingressi analogici.
http://www.arduino.cc/playground/Learning/4051