Ein Tastgread von genau 1/6 ist eher unwahrscheinlich, da 256 nicht durch 6 teilbar ist. Den Tastgrad sollte man besser aus dem Programm entnehmen als messen.
Auch muß die Spannung des µC nicht genau 5 V betragen. Besonder an AVCC hat man auch mal etwas weniger. Wenn der µC sonst viel Strom verbraucht, ist auch die Spannung auf dem Chip nochmal kleiner als extern am VCC Pin. Ein ähnlicher Effekt kann auch noch bei GND auftreten und die Spannung da anheben.

Der Impedanzwandler sollte keinen Verlust geben, höchstens etwas Offset in der Größenordnung +-5 mV. Duch den Biasstrom kommt da noch mal etwa +5-20 mV dazu.