Hmm... Nie wydaje mi się, żeby tu chodziło tylko o zajmowanie cykli
procesora przez operacje na zmiennych 32bitowych w przerwaniu.
Trochę przerobiłem program:

1) Zwiększyłem czas pomiędzy kolejnymi przerwaniami do 20 ms.
2) Przeniosłem obsługę niekrytycznych timerów do pętli głównej. Nic
złego się nie stanie, jeśli od czasu do czasu odczyt jakiegoś czujnika
opóźni się o sekundę albo uptime będzie pokazywał wartość zafałszowaną o
kilka sekund.

W tej chwili procedura obsługi przerwania wygląda następująco:

ISR(TIMER0_COMPA_vect) {
twenty_millis++;

if (twenty_millis > 50) {
geiger_pulses[seconds] = TCNT1;
TCNT1 = 0;
seconds = (seconds + 1) % 60;

one_second_tick = 1;

if (rtc) rtc++;

twenty_millis = 0;
}
}

Normalnie jest to tylko inkrementacja jednej zmiennej ośmiobitowej. Raz
na sekundę dochodzi do tego jeszcze kilka operacji na zmiennych
szesnastobitowych oraz inkrementacja zegara (zmienna 32bit), jeśli czas
został już pobrany. Trochę trudno mi uwierzyć, że zajmuje to więcej niż
20ms...

Poza tym jest jeszcze jedna dziwna sprawa - parę razy tuż po wymuszonej
synchronizacji czasu zauważyłem opóźnienie wynoszące np. 3 albo i 10
sekund. Przecież niemożliwe, żeby taka wartość nabiła się w kilka sekund!