Могут быть флуктуации, связанные с переменным interrupt latency. Наверное, можно принять программные меры, чтобы среднее значение ШИМ-сигнала на интервале в несколько периодов имело отклонение не более одного кванта. Но всё равно, частота ШИМ получится очень низкой, у фильтра частота среза должна быть еще много ниже. Лучше взять другой кристалл, где есть нужное количество каналов аппаратного ШИМ.