GPIO 全文為 General purpose input/output，在微控制器當中通常具有控制引腳輸出或輸入的功能，可以透過程式控制某一腳位的輸出為高電位或低電位。

一個最簡單的例子可以用 LED 燈來舉例，假設今天想要實作 LED 閃爍功能，我們可以將 LED 的一個接腳接地之後，另一接腳接到 GPIO 腳位，並透過程式控制輸出的電位高低，這樣就可以做到閃爍效果。

既然一個引腳可以用於輸入、輸出或其他特殊功能，那麼在程式實作上，要怎麼去控制腳位的輸出呢？在微控制器當中可以透過修改暫存器的數值來做到。

如下圖所示，微控制器內部的特殊暫存器會存在特定記憶體位址當中（在 datasheet 可以找到），只要修改對應記憶體位址中的資料，就可以修改暫存器的值。

不過在程式上不需要寫死記憶體位址，編譯器以及 assembler 都會事先定義好變數讓開發者使用。

GPIO Port

事先定義好的一組腳位稱做 PORT。在 attiny85 當中有一個 PORT（PORTB），總共 6 個腳位。

如圖所示，當中的 PB0 ~ PB5 就是 PORTB 接腳的意思，括號後的名稱則是除了 GPIO 接腳之外，根據程式的設定也可以當作其他用途。

輸入、輸出

每個 GPIO 都具有輸出與輸入功能。

• 輸出：由控制器輸出高電位或低電位（0 或 1）
• 輸入：由外部設備輸入高電位或低電位至控制器

為了要控制腳位為輸入或輸出，以及個別腳位應該如何控制，需要知道兩個暫存器分別為 PORTB、DDRB。

DDRB（Data Direction Register B）

控制接腳的功能為輸入還是輸出。0 為輸入 1 為輸出。輸入指得是由外部設備輸入高電位或低電位至控制器；而輸出指得是由控制器輸出高電位或低電位（0 或 1）。

PORTB

有 8bit，但 attiny85 只有 6 個腳位，因此最上面的兩個 bit 不會使用到。PORTB 可用來控制腳位輸出高低。

一個簡單的 GPIO 程式如下：

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main(void)
{
  DDRB = (1 << DDB0);     // set PORTB0 as output and port1 ~ 7 as ouput. DDR means data direction register
  PORTB = (1 << PORTB0);  // set PORTB0 to 1 (HIGH)
  unsigned char i = PINB; // read pin from PINB register
  return 0;
}

程式當中我們將 DDB0（第 1 個 bit）設定為 1 代表輸出，PORTB0 設定為 1（代表輸出高電位），其效果約略等同於 arduino 當中的：

void setup() {
  pinMode(PIN, OUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(PIN, HIGH);
}

接下來在加上 delay 以及無窮迴圈即可完成 LED 閃爍效果：

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main(void)
{
  while (1) {
    DDRB = (1 << DDB0);     // set PORTB0 as output and port1 ~ 7 as ouput. DDR means data direction register
    PORTB = (1 << PORTB0);  // set PORTB0 to 1 (HIGH)
    unsigned char i = PINB; // read pin from PINB register

    _delay(500);
	  PORTB = ~(1 << PORTB0);
	  _delay(500);
  }
  return 0;
}

1 << DDB0 是什麼意思

為了方便程式碼閱讀，當我們要賦值給暫存器某個 bit 時，通常不會這樣寫：

DDRB = 1;

原因很簡單，讀程式碼的人不知道這行程式碼的意圖為和，為了知道 1 代表的意思，開發者可能還要自行尋找答案。因此在撰寫時會使用 << 運算符來實作。

<< 為左移運算符，例如 1 << 2，代表將 1 左移兩位變為 0x100，用 10 進位表示為 4。假設我們使用 DDRB3（值為 3），代表 DDRB 暫存器當中的第 4 個 bit，所以 DDRB = 1 << DDRB3 的意思為：將 1 放到 DDRB3 的位置（左移 3 格）。

資源

有關於更多 GPIO 的介紹，可以參考 ATtiny85 的 datasheet。