He pensado en usar una FPGA, pero no tengo experiencia con ella, así que no sé qué buscar.
Muy buena idea. Una FPGA hará eso, pero una FPGA será excesiva para tus necesidades.
Sin embargo, puedes utilizar CPLD baratos. Son como una FPGA pequeña, con menos pines, una fuente de alimentación más sencilla y un diseño de PCB más fácil. Tampoco necesitas almacenamiento externo para el flujo de bits (puedes ahorrarte un chip flash).
Para programar este tipo de fichas te sugiero que te lances y lo pruebes. Hay placas FPGA y CPLD baratas en todas partes, y deberías ser capaz de pasar de la nada a un LED parpadeante en un día o dos (a mí me llevó una tarde la primera vez que lo hice, y la mayor parte del tiempo la pasé instalando la cadena de herramientas).
Una vez en marcha, pasar de un intermitente LED a un sintetizador de frecuencias es cuestión de unas pocas líneas de código HDL.
Incluso puedes empezar sin tener una FPGA/CPLD utilizando un simulador. GHDL funcionó bastante bien para mí y tiene un buen tutorial. http://home.gna.org/ghdl/
Si quieres leer sobre partes CPLD revisa la línea de chips CoolRunner2 de Xilinx. También hay placas de desarrollo muy baratas y el chip debería estar a la altura de tu tarea. Si tienes curiosidad y quieres probar con FPGA te sugiero una placa Spartan de Xilinx barata (yo empecé con la XuLa200) o echa un vistazo a las piezas de Lattice. Venden kits de desarrollo por unos 25 dólares que incluyen todo lo necesario para empezar. Ah, y también tienen piezas baratas de bajo número de pines. Algo que no se encuentra a menudo en el mundo FPGA.
