Ich glaube mit der PWM-Frequenz passt das nicht.
Schau dir mal Figure 13-9 in Datenblatt vom Atmega644 an. (Seite 96).

Da ist es zwar für Prescaler 8 gezeigt, es geht mir aber ums Prinzip.
Nach hier 8 Taktzyklen wird der Timer erst erhöht. Gesetzt wird der PWM-Pin wenn der Timer den Wert 0 enthält (und gelöscht wenn er den OCR-Wert erreicht).
Wenn der Timer auf 8 Bit eingestellt ist, wiederholt das sich aber erst nach "256 mal erhöhen".
Also müsste die tatsächliche PWM-Frequenz dann doch 20Mhz/1024/256= ca.76Hz sein.

Hast du ein Oszilloskop da, oder ein Multimeter, welches auch Frequenz messen kann? Messe bitte einmal am PWM-Pin, welche Frequenz jetzt da wirklich rauskommt (bei 50% Tastverhältnis). Dann wüsstest du das mal sicher.

Grüße,
Bernhard