Die neueren AVRs laufen auch mit 3,3 V. Allerdings darf der Takt dann nach Datenblatt maximal etwa 12,3 MHz sein. Bei den alten wie Mega16 oder Mega8 müsste man die Version Mega8L oder ähnliche nehmen, oder man probiert es einfach mit etwas weniger Spannung als im DB angegeben. Beim Mega32 hätte man den neueren Mega324 als Alternative.

Man kann den Signalpegel aber auch einfach mit einem Spannungsteiler reduzieren. Also einfach 2 Widerstände von z.B: 1 K und 1,8 K. Der Weg über RS232 Pegel ist wirklich sehr umständlich.

Die Probleme mit der Spannungsversorgung verstehe ich nicht: Wenn man schon Regler für 5 V und 3,3 V drauf hat, dann braucht man nur noch ein Netzteil mit z.B. 7-12 V.

Beim ULN2803 braucht man keine extra Vorwiderstände mehr. Da können direkt 3,3 V oder 5 V oder auch 8 V an den Eingang. 100 Ohm würde aber auch nicht stören.