Podría usar una serie de conmutadores analógicos accionados con algo así como un 4017 para conectar secuencialmente y mutuamente exclusivamente los diodos a la entrada analógica del Arduino. Use un solo pin para generar los relojes 4017, haga un seguimiento de ellos y habrá una correlación directa entre el número de reloj y su diodo correspondiente. Con un poco de lógica de pegamento adicional, podría usar el décimo reloj, por ejemplo, para reiniciar el 4017 después de cada ejecución y nunca perdería la sincronización.
Aquí está la idea básica sin la lógica del pegamento:
También puede configurar un registro de desplazamiento como contador de anillo y ampliar el número de diodos detectados.