下圖是AVR單片機通用I/O口結(jié)構(gòu)示意圖：

　　從圖中可以看出，每組I/O口配備三個8位寄存器，它們分別是數(shù)據(jù)方向寄存器DDRx，數(shù)據(jù)寄存器PORTx，和輸入引腳寄存器PINx（x表示端口序號）。I/O口的工作方式和表現(xiàn)特征由這3個I/O口寄存器控制

　　數(shù)據(jù)方向寄存器DDRx用于控制I/O口的輸入輸出方向，即控制I/O口的工作方式為輸出方式還是輸入方式。

　　當(dāng)DDRx=1時，I/O口處于輸出工作方式。此時數(shù)據(jù)寄存器PORTx中的數(shù)據(jù)通過一個推挽電路輸出到外部引腳，如下圖。AVR的輸出采用推挽電路提高了I/O口的輸出能力，當(dāng)PORTx=1時，I/O引腳呈現(xiàn)高電平，同時可提供輸出20mA的電流；而當(dāng)PORTx=0時，I/O引腳呈現(xiàn)低電平，同時可吸納20mA電流。因此，AVR的I/O在輸出方式下提供了比較大的驅(qū)動能力，可以直接驅(qū)動LED等小功率外圍器件。

　　當(dāng)DDRx=0時，I/O處于輸入工作方式。此時引腳寄存器PINx中的數(shù)據(jù)就是外部引腳的實際電平，通過讀I/O指令可將物理引腳的真實數(shù)據(jù)讀入MCU。此外，當(dāng)I/O口定義為輸入時（DDRx=0），通過PORTx的控制，可使用或不使用內(nèi)部的上拉電阻，如下圖：

　　AVR單片機通用I/O端口的主要特點為：

　　雙向可獨立位控的I/O口

　　ATmega16的PA、PB、PC、PD四個端口都是8位雙向I/O口，每一位引腳都可以單獨的進行定義，相互不受影響。如用戶可以在定義PA口第0、2、3、4、5、6位用于輸入的同時定義第1、7位用于輸出，互不影響。

　　Push-Pull大電流驅(qū)動（最大40mA）

　　可控制的引腳內(nèi)部上拉電阻

　　每一位引腳內(nèi)部都有獨立的，可通過編程設(shè)置的，設(shè)定為上拉有效或無效的內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)I/O口被用于輸入狀態(tài)，且內(nèi)部上拉電阻被激活（有效）時，如果外部引腳被拉低，則構(gòu)成電流源輸出電流（uA量級）。

　　DDRx可控的方向寄存器。

　　AVR的I/O端口結(jié)構(gòu)同其它類型單片機的明顯區(qū)別是，AVR采用3個寄存器來控制I/O端口。一般單片機的I/O僅有數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器，而AVR還多了一個方向控制器，用于控制I/O的輸入輸出方向。由于輸入寄存器PINx實際不是一個寄存器，而是一個可選通的三態(tài)緩沖器，外部引腳通過該三態(tài)緩沖器與MCU的內(nèi)部總線連接，因此，讀PINx時是讀取外部引腳上的真實和實際邏輯值，實現(xiàn)了外部信號的同步輸入。這種結(jié)構(gòu)的I/O端口，具備了真正的讀-修改-寫（Read-Modify-Write）特性。

　　AVR單片機通用I/O口設(shè)計注意事項：

　　數(shù)據(jù)寄存器PORTx和數(shù)據(jù)方向寄存器DDRx為讀/ 寫寄存器，而端口輸入引腳PINx為只讀寄存器。

　　但是需要特別注意的是，對PINx 寄存器某一位寫入邏輯“1“ 將造成數(shù)據(jù)寄存器相應(yīng)位的數(shù)據(jù)發(fā)生”0“ 與“1“ 的交替變化。

　　當(dāng)寄存器MCUCR 的上拉電阻禁止位PUD置位時所有端口引腳的上拉電阻都被禁止。

　　在 高阻態(tài)和輸出高電平 兩種狀態(tài)之間進行切換時，上拉電阻使能或輸出低電平這兩種模式必然會有一個發(fā)生。編寫程序時要注意兩者的順序。

　　通常，上拉電阻使能是完全可以接受的，因為高阻狀態(tài)下強高電平輸出還是上拉輸出都是可以接受的。

　　如果使用情況不是這樣，可以通過置位SFIOR 寄存器的PUD 來禁止所有端口的上拉電阻。

　　在上拉輸入和輸出低電平之間切換也有同樣的問題。

　　用戶必須選擇高阻態(tài)或輸出高電平作為中間步驟。

　　不論如何配置DDxn，都可以通過讀取PINxn 寄存器來獲得引腳電平

　　PINxn寄存器的各個位與其前面的鎖存器組成了一個同步器。

　　這樣就可以避免在內(nèi)部時鐘狀態(tài)發(fā)生改變的短時間范圍內(nèi)由于引腳電平變化而造成的信號不穩(wěn)定。

　　其缺點是引入了延遲。

　　AVR IO具備多種IO模式：

　　1 高阻態(tài) ，多用于高阻模擬信號輸入，例如ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入，模擬比較器輸入

　　2 弱上拉狀態(tài)（Rup=20K~50K），輸入用。為低電平信號輸入作了優(yōu)化，省去外部上拉電阻，例如按鍵輸入，低電平中斷觸發(fā)信號輸入

　　3 推挽強輸出狀態(tài)，驅(qū)動能力特強（》20mA），可直接推動LED，而且高低驅(qū)動能力對稱。

　　使用注意事項：

　　寫用PORTx，讀取用PINx

　　實驗時，盡量不要把管腳直接接到GND/VCC，當(dāng)設(shè)定不當(dāng)，IO口將會輸出/灌入 80mA（Vcc=5V）的大電流，導(dǎo)致器件損壞。

　　作輸入時：

　　1、通常要使能內(nèi)部上拉電阻，懸空（高阻態(tài)）將會很容易受干擾。（表面看好像是51的抗干擾能力強，是因為51永遠有內(nèi)部電阻上拉，）

　　2、盡量不要讓輸入懸空或模擬輸入電平接近VCC/2，將會消耗太多的電流，特別是低功耗應(yīng)用場合------CMOS電路的特點

　　3、如果先前I/O口為輸出狀態(tài)，設(shè)置為輸入狀態(tài)后，必須等待1個時鐘周期后才能正確的讀到外部引腳PINx的值。

　　4、功能模塊（中斷，定時器）的輸入可以是低電平觸發(fā)，也可以是上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)。

　　5、用于高阻模擬信號輸入，切記不要使能內(nèi)部上拉電阻，影響精確度。例如ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入，模擬比較器輸入

　　作輸出時：

　　采用必要的限流措施，例如驅(qū)動LED要串入限流電阻

　　復(fù)位時：

　　復(fù)位時內(nèi)部上拉電阻將被禁用。如果應(yīng)用中（例如電機控制）需要嚴格的電平控制，請使用外接電阻固定電平

　　休眠時：

　　作輸出的，依然維持狀態(tài)不變

　　作輸入的，一般無效，但如果使能了第二功能（中斷使能），其輸入功能有效。例如 外部中斷的喚醒功能。