Si quieres medir una senyal analogica, puedes "convertirla" a digital y/o usar un trigger schimitt.... Al final, lo que te interesa es "detectar" el paso por cero (2.5v). Si que es cierto, que segun como sea la senyal, puede que tengas que adaptarla...
Mira esta nota tecnica de atmel => http://www.atmel.com/Images/doc2508.pdf
Para configurar la velocidad del ADC, mira esto que escribi => Tinkering with Electronics...: Arduino ADC: Muestreo alta velocidad
Tengo una curiosidad, cuando dices que mide 3.2 khz.... era una onda senoidal? Es que me cuesta creer que midas esa frecuencia con precision.... Para medirla con precision, deberias tener que estar muestreando al menos al doble (Nyquist), es decir, 6.4 khz, cosa que no creo que este pasando.... En tu codigo, como tienes que cuando sea mayor que una valor y cosas de esas, pues en algun momento activara el "trigger" de cronometrar, por decirlo de una manera, pero yo creo que puede pasar en sitios completamente diferentes de la onda....
Saludos
Igor R.
Nota- ni acentos ni enyes