1. Выдаем ШИМ с линейно изменяемым заполнением Uшим (0...Uпит)
2. К выходу ШИМа два RC-фильтра (по количеству измеряемых напряжений)
3. К выходу каждого RC-фильтра через свой резистор подаем измеряемые напряжения (сумма Uшим + Ui)
4. Выходы RC-фильтров к двум входам МК - Р1, Р2
5. Меняя ШИМ смотрим состояние P1, P2
если P1 изменяется (0 -> 1) раньше, чем P2 - значит U1<U2, и наоборот.

Точность будет зависеть от разброса порогов переключения P1, P2 и
разницы резистивных сумматоров.

PS можно замерить абсолютное значение напряжение - для этого надо
замерить порог переключения Pi. Для чего вводят третий RC-фильтр,
выход которого подключают к Р3.

PPS т.к. есть гистерезис переключения входов МК, полезно измерять
не только на возрастающем ШИМе, но и на убывающем