Вы не указали с какой точностью нужно измерять напряжения поэтому ответ примерно такой: поделить и усилить!

То бишь сначала подать измеряемый сигнал на резистивный делитель, чтобы ослабить его до безопасного для измерительных цепей уровня. А потом при необходимости (для увеличения точности измерения) усиливать его так, чтобы на входе АЦП измеряемый сигнал был близок к опорному напряжению. Т.е. был растянут на весь диапазон входных сигналов АЦП. Если АЦП планируется использовать внешний (не АТмеговский), то рекомендую сразу обратить внимание на АЦП со встроенным PGA.