Fatti: A. Nel maggio del 1999 lo Stato del Cantone Ticino ha avviato i lavori di sistemazione della strada cantonale Bellinzona-Locarno nel territorio del Comune di Cadenazzo. L'ultima fase dell'intervento è stata eseguita dal 30 maggio 2000 al 30 maggio 2002 e prevedeva in particolare sul tratto stradale tra la rotonda di Cadenazzo centro e quella di Cadenazzo est il rifacimento della pavimentazione stradale e l'adattamento di un sottopasso pedonale e ciclabile. B. A._ era titolare di un'officina meccanica specializzata nella rettifica di motori a scoppio, insediata, in virtù di un contratto di locazione, in uno stabile che sorge sul fondo part. n. xxx di Cadenazzo, di proprietà di B._. Nel mese di giugno del 2000 il cantiere è giunto nelle vicinanze della suddetta particella, provocando immissioni che intralciavano l'attività aziendale. Il 19 giugno 2000 A._ ha chiesto al Tribunale di espropriazione di ordinare in via cautelare la sospensione dei lavori, adducendo che le vibrazioni prodotte dal cantiere stravolgevano la taratura degli apparecchi di precisione in dotazione all'officina, impedendogli di svolgere la propria attività professionale. L'istanza è stata respinta con decisione del 30 giugno 2000. C. Il 6 luglio 2000 A._ ha inoltrato al Tribunale di espropriazione una notifica di pretese nei confronti dello Stato del Cantone Ticino di fr. 1'432'000.--, oltre interessi, per l'espropriazione dei diritti di vicinato. Lo Stato si è opposto alla domanda. Dopo una serie di atti che non occorre qui evocare, con sentenza del 9 settembre 2003 il Tribunale di espropriazione ha ritenuto ricevibile e tempestiva la notifica delle pretese ed ha considerato realizzati gli estremi di un'espropriazione dei diritti di vicinato. Questa sentenza è stata confermata il 25 luglio 2005 dal Tribunale cantonale amministrativo, adito su ricorso dello Stato (RtiD I-2006, pag. 88 segg.). D. La procedura è in seguito ripresa dinanzi al Tribunale di espropriazione, che ha statuito sulle pretese d'indennizzo con sentenza del 21 luglio 2011. Ha riconosciuto ad A._ fr. 133'492.65, oltre interessi, a carico dello Stato del Cantone Ticino per l'espropriazione dei diritti di vicinato e gli ha assegnato un importo di fr. 6'250.-- a titolo di ripetibili. E. Contro il giudizio del Tribunale di espropriazione sia lo Stato del Cantone Ticino sia A._ hanno adito il Tribunale cantonale amministrativo, che con sentenza dell'11 dicembre 2013 ha parzialmente accolto i ricorsi. La Corte cantonale ha ridotto l'ammontare dell'indennità espropriativa a fr. 35'449.50, oltre interessi, ed ha aumentato le ripetibili di primo grado a fr. 9'125.--. Ha essenzialmente ritenuto che il danno subito dall'istante poteva essere risarcito limitatamente al periodo dall'inizio del cantiere (5 giugno 2000) alla prima scadenza utile del contratto (31 dicembre 2000). F. A._ impugna questa sentenza con un ricorso in materia di diritto pubblico al Tribunale federale, chiedendo in via principale di riconoscergli un'indennità espropriativa di complessivi fr. 221'755.73, nonché un'indennità di fr. 20'000.-- per ripetibili relative alla procedura di prima istanza e inoltre, che gli siano attribuiti fr. 3'000.-- a titolo di ripetibili per la procedura ricorsuale dinanzi al Tribunale cantonale amministrativo. In via subordinata, chiede l'annullamento della sentenza impugnata e il rinvio della causa alla Corte cantonale per un nuovo giudizio. Il ricorrente fa valere la violazione del divieto dell'arbitrio, dell'uguaglianza giuridica, della garanzia della proprietà e della libertà economica: lamenta inoltre la violazione dell'art. 16 cpv. 2 LEspr/TI. G. La Corte cantonale si conferma nel suo giudizio. Lo Stato del Cantone Ticino postula la reiezione del gravame nella misura della sua ricevibilità e la conferma della sentenza impugnata.