1. Вы, уж, определитесь: АЦП у Вас сколько разрядов выдаст? Всё привели к типу int; "резать" два бита - зачем? В чём выигрыш?
2. Сейчас только заметил: Вы ШИМ программно формируете. Почему не использовать аппаратные возможности?
3. В проверках (в операторах if) вторая часть условия (после &&) - лишняя: обеспечивается предыдущим оператором if

1. Мне нужно 8 разрядов.
Насколько я понял, выйгрыш от этого только в частоте преобразования. Если нужна точноть, то диапазон от 50 до 200 кГц.
А если нет, то частоту можно повысить. Правда припоминаю, что у меня частота 125 кГц_).
2. В чём заключаются аппаратные возможности?
3. Убрал.

Оставили бы тип unsigned char - транслятор сразу предупредил бы Вас о ошибке: в temp_range задано число больше чем 255...

Режим таймера: "Fast PWM". То же, что и у Вас, но - аппаратно...

P.S. Ага! У Вас - режим 5 "Fast PWM 8 bit"... Прерывания тогда зачем?

Ясно. То есть, чтобы не было этого конфликта нужно, чтобы read_adc() temp_range, adc_data_l были одного типа? В данном случае unsigned char!?

В этом случае прерывания по совпадению не нужны и атмега сама выдаст на ноги PD4 и PD5 нужные сигналы !?

Желательно...
Типа того... Прочитайте внимательнее этот раздел в DS. Выходы ШИМ: OC1A и OC1B - посмотрите с чем совмещены сами.