An sich kann man mit den Controllern Frequenzen sehr genau messen. Die Genauigkeit wird oft vom Quarz bestimmt.
Das Problem wird wahrscheinlich sein das im Ausgang des Mikrofons mehr als eine Frequenz enthalten ist. Wenn wirklich nur ein Ton vorhanden ist, ohne viele nebengeräusche, kann es reichen den Komperatoreingang des AVRs zu nutzen. Wenn man ein weniger gutes Signal hat könnte es besser sein mit dem AD wandler ein kurzes sample Aufzunehmen und dann die Frequenzanalyse rein rechnerich zu machen. Enweder per Fouriertransformation oder auch durch einen Kurvenanpassung. Auch mit dem wenigen RAM des Mega128 sollte da noch eine gute Auflösung möglich sein.

Etwas mehr informaltion zum Ton sollte man aber schon haben. Auch die die nötige gneauigkeit sollte man angeben.

Als mikrofon sollte ein einfaches Elektretmikrofon reichen. mit dem Komperator als Eingang eventuell sogar ohne Verstärker, einfach nur mit einem Vorwiderstand für die Spannungsversorgung.