Es reicht im allgemeinen, wenn man eine genügend großen Schutzwiderstand vor den Pin schaltet, der den Strom im Fehlerfall auf unter 20mA begrenzt. Der AVR hat interne Schutzdioden, die vom Pin zu VCC bzw GND gehen, im Normalbetrieb jeweils in Sperrichtung. Wenn die Spannugn am Eingang VVC über- oder GND unterschreitet, lassen diese Dioden den Eingangsstrom zur Versorgungsspannugn hin abfließen. Der Strom durch die Dioden muss allerdings durch den externen Widerstand begrenzt werden. Mit dieser Methode kann man sogar 230V AC Netzspannung an einen Pin hängen, wenn man einige Megaohm in Reihe schaltet.
Nimm also einen Widerstand, der bei der maximal zu erwartenden Überspannung nur 20mA fleißen lässt. Musst nur drauf achten, dass im Normalbetrieb noch genügend Strom fließen kann.

Z-Dioden gibts übrigens auch mit 5,1V.