Estaba buscando más en los pines GPIO del ATmega328p y encontré el esquema simplificado de un pin de E / S. El esquema incluye dos diodos sesgados invertidos, uno al suelo y otro al VCC. 
Pude identificar el uso de los diodos polarizados invertidos en el pin de E / S. ¿Cuál es el uso de estos diodos?
Los diodos son dispositivos de protección contra transitorios cortos y ESD.
Si el pin se empuja más alto que el voltaje del sistema, el diodo sujeta el pin a aproximadamente 0.7v por encima del voltaje del sistema. Lo mismo ocurre con el diodo a tierra. Si el pin se tira más abajo que el suelo, el diodo sujeta el pin a -0.7v.
En ambos casos, los componentes internos del procesador pueden soportar 0.7v por encima de VDD y 0.7v por debajo de VSS y están protegidos. Esto no significa que pueda aplicar 10v a un procesador de 3.3v y esperar que sobreviva.