стоимость STM-а cовсем не велика и если проще программировать то лучше две чем одну
да, соединять проще через SPI - это 4 провода включая землю

если делать тупо считывалку то да, можно обойтись и одной STM-кой - той же 407 к примеру. ног много, частота 168MHz - те успеем что надо сделать и записать на карту тоже

ps: главный недостаток атмег это очень мало оперативной памяти - в 328й 2КБ в 64й - 4КБ против 20КБ в самой младшей STM32F103
соответственно это вылезает в проблемы со стеком и прочие приколы.