>>По прерыванию таймера выбираю первый канал (в моем случае AD0) и запускаю преобразование
АЦП, затем выбираю второй канал (AD3) и опять запускаю преобразование...
Вы должны запускать преобразование на новом канале и сваливать из прерывания
Следующее прерывание будет с результатом
>> Между запуском преобразования и считыванием результата выдерживаю 15 тактов.
А почему именно 15 а не 25 ? типа больше чем 13,5 ?
Вы похоже не очень внимательно курили даташит
ADC clock это совсем не то же самое то XTAL frequency
вот это (1<<ADPS2)+(1<<ADPS0) в Ваших настройках говорит о том
что ADC clock = XTAL frequency / 32
то есть преобразование займет 432 такта (13,5*32)
собственно для этого и придумали прерывания от ADC
запустил его и когда преобразование закончилось попали в прерывание
Да и еще,
не нужно стирать регистр перед тем как в него записать
clr temp
ldi temp,(1<<ADEN)+(1<<ADSC)+(1<<ADPS2)+(1<<ADPS0)
оно и само как-нибудь перезапишется

И курите даташиты внимательнее...