Hi!
Zuerst mal...mit einem Digitalport kannst du keine Spannungen messen. Du kannst höchstens zwischen zwei Pegeln unterscheiden, z.B. liegen 12V oder 16V an (eher "liegen 12-14V oder 14-16V an"). Dazwischen ist dann nix!

Mit einer Z-Diode und einem Hochohmigen Spannungsteiler wirst du nicht weit kommen, die Diode braucht einen gewissen Strom der nicht zu klein sein darf.

Die Idee mit dem Spannungsteiler ist in Ordnung, wenn du Diode schnell genug und der Spannungsteiler Hochohmig genug ist funktioniert das auch.
Zur Vorsicht würde ich dann noch eine schnelle Diode (am besten Schottky wegen dem Spannungsabfall) gegen GND schalten!

Zur genauen Messung solltest du natürlich über einen A/D-Wandler nachdenken...viele Controller haben den ja auch schon ob Board (viele AVR's)!

MfG