Пусть исходное распределение случайной величины занимало диапазон N.
В Вашем случае это степень двойки, и следовательно всегда можно
сократить диапазон вдвое, отбросив последний разряд АЦП. Вид
функции распределения при этом не изменится, если не считать
огрубления картинки, но на огрубление мы идем сознательно. Пусть
желаемый диапазон равен M. Если N и M различаются более чем в два
раза, уполовиним N. Если не помогло - уполовиним ещё и ещё, пока M
не окажется в диапазоне N/2 ... N. Если теперь подвергнуть равномерное
распределение N лобовому масштабированию (умножению на M и
делению N), то мы получим в новом распределении, как Вы справедливо
заметили, "палки". Число "палок" легко предугадать. Так, если М=N-5,
то палок будет 5 и т.д. Высота палки в гистограмме вдвое превышает
окружающий равномерный "фон". Если исходная гистограмма состояла
из столбиков единичной высоты, то масштабированная будет иметь
N-M столбиков двойной высоты и 2*М-N столбиков единичной высоты.
Мы видим характер искажений, вносимых нашим преобразованием, и
при построении гистограммы можем их исключить. Для этого нам
придётся построить таблицу из М элементов, которые принимают
значение 2 или - если здесь находится палка - 1. Алгоритм расчёта таблицы
прост - это сложение, сравнение и вычитание. Все в целых числах. Контроллер
легко справится с этой задачей и единственное существенное обременение -
M ячеек памяти (RAM или EEPROM). Построив таблицу, можем начинать
копить статистику. Если масштабированное значение равно К, и в К-ой ячейке
таблицы число 2, то увеличиваем К-й столбец гистограммы на 2. Если в К-й
ячейке лежит 1, то К-й столбец увеличиваем на 1. И всё.
Если контроллер готов умножать на M и делить на N, то извлечение
элемента из таблицы для него совсем плёвое дело.