Нету данных по требуемой точности определения мощности сигнала. Если интересует только одна частота то в простейшем случае выборка делается на учетверенной частоте.
При этом sin/cos вырождаются в 0, -1 и +1.
Умножение не требуется.
"прием данных от АЦП и помещение их в буфер тоже может занять какое-то время."
Делается кольцевой буфер на DMA с прерыванием по половине и окончанию буфера.