下圖是AVR單片機通用I/O口結構示意圖：

　　從圖中可以看出，每組I/O口配備三個8位寄存器，它們分別是數據方向寄存器DDRx，數據寄存器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特征由這3個I/O口寄存器控制

　　數據方向寄存器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DDRx=1時，I/O口處于輸出工作方式。此時數據寄存器PORTx中的數據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PORTx=1時，I/O引腳呈現高電平，同時可提供輸出20mA的電流；而當PORTx=0時，I/O引腳呈現低電平，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動能力，可以直接驅動LED等小功率外圍器件。

　　當DDRx=0時，I/O處于輸入工作方式。此時引腳寄存器PINx中的數據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據讀入MCU。此外，當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大電流驅動（最大40mA）

　　可控制的引腳內部上拉電阻

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

　　DDRx可控的方向寄存器。

　　AVR的I/O端口結構同其它類型單片機的明顯區別是，AVR采用3個寄存器來控制I/O端口。一般單片機的I/O僅有數據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緩沖器，外部引腳通過該三態緩沖器與MCU的內部總線連接，因此，讀PINx時是讀取外部引腳上的真實和實際邏輯值，實現了外部信號的同步輸入。這種結構的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口設計注意事項：

　　數據寄存器PORTx和數據方向寄存器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“ 將造成數據寄存器相應位的數據發生”0“ 與“1“ 的交替變化。

　　當寄存器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 高阻態和輸出高電平 兩種狀態之間進行切換時，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部時鐘狀態發生改變的短時間范圍內由于引腳電平變化而造成的信號不穩定。

　　其缺點是引入了延遲。

　　AVR IO具備多種IO模式：

　　1 高阻態 ，多用于高阻模擬信號輸入，例如ADC數模轉換器輸入，模擬比較器輸入

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

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

　　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，當設定不當，IO口將會輸出/灌入 80mA（Vcc=5V）的大電流，導致器件損壞。

　　作輸入時：

　　1、通常要使能內部上拉電阻，懸空（高阻態）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，特別是低功耗應用場合------CMOS電路的特點

　　3、如果先前I/O口為輸出狀態，設置為輸入狀態后，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，也可以是上升沿觸發或下降沿觸發。

　　5、用于高阻模擬信號輸入，切記不要使能內部上拉電阻，影響精確度。例如ADC數模轉換器輸入，模擬比較器輸入

　　作輸出時：

　　采用必要的限流措施，例如驅動LED要串入限流電阻

　　復位時：

　　復位時內部上拉電阻將被禁用。如果應用中（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。