Если диод стоит, то откуда там взяться 5в?
Без резистора не кошерно, может ловить помехи, так как при лог единице работает только внутренняя подтяжка к +3.3в.
Резисторный делитель для согласования есп и платы на атмеге работает нормально, возможно вы просто не подтянули резистором к +3.3 питания...