По поводу производительности AVR и SD - нужно для начала оценить, с какой скоростью требуется читать с карты.
По поводу ардуины - никогда не мог понять, почему некоторые так любят использовать эту хрень и плодить макаронных монстров на её основе. Когда можно развести нормальную печатную плату и поиметь аккуратный девайс на одной плате без клубка МГТФа. При том, что по стоимости получится не дороже (или ненамного дороже) бабуины.
По поводу дисплея - вчера соорудил для тестера микросхем такой дисплейный модуль (красная платка) - экран от nokia 5110 + 5 клавиш. Рулится по двум проводкам (UART). По стоимости получается почти как 1602 с i2c контроллером (ну или чуть дороже), а возможностей куда больше. Особенно для устройства, интерфейс которого требует навигации по файловой системе