Nochmal zum Instrumentenverstärker: Ich hab eben Blödsinn geredet. Hab die Erklärung nochmal verbessert. Hatte noch eine andere OP-Schaltung im Kopf...

Die ADCs des AVR haben eine Auflösung von 8 Bit. Daraus ergibt sich bei einer Referenzspannung von 5V die kleinste messbare Spannung mit
5V/ (2^8 ) = 5V/512 = 0,195V

Wenn Du damit nicht hinkommst, kannst Du mit einem einfachen OP (als nichtinvertierender Verstärker geschaltet) die Spannung des Shunts verstärken, so dass Du den vollen Bereich bis 5V (bzw. bis zur Referenzspannung) nutzen kannst.