Una vez sobremuestreado a 1 kHz, "encontrar" el mínimo y el máximo me parece bien, con una precisión del 5%.
Hagamos el análisis de errores. 1kHz es 16x sobremuestreo, lo que significa que siempre tendrás una muestra dentro de 2pi/32 = 0,2 radianes del pico. cos(0,2) = 0,98. Con un desfase aleatorio, tu "pico" estará dentro de (+0%, -2%) del verdadero pico.
Eso cumple su especificación del 5%. ¿Necesita trabajar más en esto?
¿Cuál es el ruido de tu señal? Si tienes que empezar a promediar muestras debido a un ruido elevado, o rechazar picos de ruido esporádicos, entonces la vida se pone mucho más interesante. La forma más sencilla de mitigar el ruido es utilizar un filtro analógico antes del ADC. Ya tendrás un filtro anti-alias, pero podría valer la pena reducirlo a un poco más de 60Hz.
Si necesitas hacer (o quieres hacer) procesamiento digital, entonces el hecho de que tu frecuencia de entrada esté estrechamente controlada debería significar que no necesitas sincronizar activamente a la forma de onda entrante. Como estás sobremuestreando (con razonable precisión) 16 veces, o mejor aún cambiar a exactamente 16x, podrías calcular la potencia total de 8 muestras sucesivas, un semiciclo completo. Así se obtiene una medida de la señal RMS, con los eventos de ruido suprimidos en cierta medida. Si se suman más semiciclos, se suprime más el ruido, pero entonces hay que esperar más tiempo para la detección.
Si quieres hacer supresión de ruido no lineal, entonces necesitas empezar a rastrear la señal que estás muestreando, con un PLL de software. Las posibilidades para hacer de esta pequeña área del proyecto una gran área son infinitas. No la diseñes en exceso.
