Bei der Einstellung zum AD-Takt hatte ich einen Fehler drin. Die alte Einstellung mit ADPS1/ADPS2 = 1 gibt schon einen Teiler von 64. Das ist so OK.

Wenn der LM335 10 mV/K hat, kommt man wohl nicht mehr mit der intern 1,1 V ref. aus. Mit Vcc=5V als Referenz sollte das für etwa 5 mV Auflösung oder etwa 0,5 C reichen.

Für etwas mehr Auflösung, aber nicht unbedingt Genauigkeit, kann Oversampling nutzen: den AD nicht nur 3 mal, sondern z.B. 64 mal auslesen und dann aber nicht durch 64 Teilen, sondern nur durch 16. Das Ergebnis ist dann eine Zahl zwischen 0 und 4096, so als hätte der AD Wandler 12 Bit Auflösung. Ein Voraussetzung ist dabei, dass der AD Wandler gerade keine immer Konstanten werte ausgibt, sondern schon etwas Schwankungen zeigt - ggf. kann man die Schwankungen sogar absichtlich hinzu addieren.