Deine 4x NIMH liefern eine Spannung zwischen 5,5V (ganz frisch geladen) und 3,6V (ganz leer). Damit kannst du den uC direkt an die Akkus anschließen.
ABER: deine Logikpegel gehen dann auch nur bis zur Batteriespannung - d.h. wenn deine Akkus leer sind hast du keine gültigen Logikpegel mehr und daran angeschlossene Bauteile reagieren darauf ziemlich zufällig...
Daher: solange du nur den uC einsetzt, keine AD-Wandler brauchst, es dir nichts ausmacht wenn die Taktgeschwindigkeit sich im Laufe der Zeit ändert, du keine definierten Logikpegel an den Ausgängen mehr hast, du mit den Eingängen an Bauteilen aus einer anderen Spannungsversorgung deinen uC schrotten kannst, dann kannst du das machen.
Solange du nicht sehr genau weisst was deinem System alles wiederfährt, lass es besser bleiben.

MfG
Stefan