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UNIVERSIDADE POSITIVO
NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
JOGO DA MEMÓRIA EMBARCADO MULTINÍVEL
Eduardo H. Zuffo
Monografia apresentada à disciplina Trabalho de Conclusão de Curso como requisito
parcial à conclusão do Curso de Engenharia da Computação, orientada pelo Prof.
Alessandro Zimmer.
UP/NCET
Curitiba
2008
TERMO DE APROVAÇÃO
Eduardo H. Zuffo
Jogo da Memória Embarcado Multinível
Monografia aprovada como requisito parcial à conclusão do curso de Engenharia da Computação
da Universidade Positivo, pela seguinte banca examinadora:
Prof. Alessandro Zimmer (Orientador)
Prof. Edson Pedro Ferlin
Prof. Maristela Regina Weinfurter
Curitiba, 08 de Dezembro de 2008.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por ter me dado uma família e namorada tão especiais e por ter
me guiado durante todos esses anos e aos que virão.
Aos meus pais, Dirceu Odir Zuffo e Zeneide Salete Zago Zuffo, e aos meus irmãos Rafael Odir
Zuffo e Leciane Regina Zuffo, por todo o amor e carinho que eles sentem por mim, por tudo que
fazem para me tornar mais feliz a cada dia. E por serem as pessoas que representam, para mim, a
união nos momentos mais importantes.
A minha namorada, Camile Frazão Bordini, que representa, para mim, a paciência, a razão e o
amor. Agradeço também pela colaboração em partes do trabalho e pela compreensão nos
momentos em que me ausentei de sua companhia a fim de realizar o projeto.
Ao meu orientador, Prof. Alessandro Zimmer, pelo apoio dado durante o desenvolvimento do
projeto.
A todos os professores do curso de Engenharia da Computação da Universidade Positivo, pelos
conhecimentos compartilhados.
Finalmente, e não menos importante, um agradecimento aos meus familiares e amigos, que
sempre me dão força e coragem para encarar os desafios da vida.
RESUMO
O objetivo deste trabalho é desenvolver um jogo semelhante ao antigo jogo Genius da Estrela,
muito popular na década de 80 e que busca estimular a memorização de cores e sons. O
brinquedo Genius tem formato semelhante a um disco, possui quatro botões coloridos que
emitem sons e se iluminam em seqüência e cabe aos jogadores repetir o processo sem errar. O
projeto desenvolvido traz algumas modificações e inovações do antigo jogo. Uma de suas
modificações neste projeto é que as cores não serão sempre as mesmas em uma determinada
posição, elas poderão variar entre duas cores. O projeto é composto por um microcontrolador
PIC da microchip, que é o responsável pela lógica do jogo, um buzzer para a emissão dos sons,
um display para mostrar a melhor seqüência, botões e cores distintas de leds. O microcontrolador
gera uma seqüência aleatória que é mostrada através de luzes (led`s) e que devem ser repetidas
pressionando os botões correspondentes.
Palavras chave: Microcontrolador PIC 18F452, Jogo de Memória, GENIUS
EMBEDDED MULTILEVEL MEMORY GAME
ABSTRACT
The purpose of this study is to develop a game similar to the old game of Genius Star, very
popular in the 80s and which tries to stimulate memory of colors and sounds. The Genius toy
has a similar format of a disk, has four colored buttons that emit sounds and light up in sequence
and whether it is for players repeat the process without mistakes. The project has developed
some modifications and innovations of the old game. One of his changes in this project is that
the colors are not always the same in a given position, they can vary between two colors. The
project consists of a microchip the PIC microcontroller, which is responsible for the logic of the
game, a Buzzer to issue the sounds, a display to show the best sequence, buttons and different
colors of LEDs. The microcontroller generates a random string that is shown by lights (LED `s)
and should be repeated by pressing the corresponding buttons.
Key words: Microcontroller PIC 18F452, Game of Memory, GENIUS
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO .............................................................................................. 12
CAPÍTULO 2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................. 13
2.1. Jogos ........................................................................................................................... 13
2.2. Jogo Genius................................................................................................................. 13
2.3. Microcontrolador ......................................................................................................... 14
2.3.1. Microcontroladores PIC:........................................................................................... 15
2.4. LED............................................................................................................................. 15
2.4.1. Parâmetros de Funcionamento: ................................................................................. 16
2.4.1.1. Tensão Máxima Inversa: ....................................................................................... 16
2.4.1.2. Tensão Direta: ....................................................................................................... 16
2.4.1.3. Corrente Máxima Direta: ....................................................................................... 16
2.5. Display LCD 16x02..................................................................................................... 17
2.6. Buzzer ......................................................................................................................... 17
2.7. Kit PICGenios ............................................................................................................. 17
2.7.1. Características Básicas.............................................................................................. 18
2.8. Gravador PIC MicroICD.............................................................................................. 18
CAPÍTULO 3 – ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO ................................................................. 20
3.1. Especificação do Hardware.......................................................................................... 20
3.1.1. Microcontrolador PIC 18F452 .................................................................................. 21
3.2. Especificação do Firmware.......................................................................................... 22
3.3. Fluxograma ................................................................................................................. 23
3.4. Funcionamento ............................................................................................................ 25
3.5. Diagrama de Estados ................................................................................................... 25
3.6. Protótipo do Projeto..................................................................................................... 31
CAPÍTULO 4 – DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO ........................................... 33
4.1. Hardware..................................................................................................................... 33
4.2. Firmware ..................................................................................................................... 35
4.3. Testes .......................................................................................................................... 35
CAPÍTULO 5 – VALIDAÇÃO E RESULTADOS ................................................................... 36
CAPÍTULO 6 - CONCLUSÃO ................................................................................................ 38
CAPÍTULO 7 - REFERÊNCIAS.............................................................................................. 39
APÊNDICE A – TRECHOS DE CÓDIGOS............................................................................. 41
APÊNDICE B – PREVISÃO DE CUSTOS .............................................................................. 43
APÊNDICE C – CRONOGRAMA........................................................................................... 44
APÊNDICE D – ARTIGO........................................................................................................ 45
APÊNDICE E – MANUAL...................................................................................................... 50
LISTA DE FIGURAS
Fig. 2.1-1 – Jogo Genius da Estrela........................................................................................... 14Fig. 2.6-1 – Kit PICGenios ....................................................................................................... 18Fig. 2.7-1 – Gravador MicroICD .............................................................................................. 19Fig. 3.1-1 – Diagrama em Blocos do Hardware ........................................................................ 21Fig. 3.1.1-1 – Pinagem do Microcontrolador PIC 18F452......................................................... 22Fig. 3.3-1 – Primeira parte do Fluxograma ................................................................................ 23Fig. 3.3-2 – Segunda parte do Fluxograma ................................................................................ 24Fig. 3.5-1 – Diagrama de Estados ............................................................................................. 26Fig. 3.5-2 – Primeira parte do Código Main.............................................................................. 27Fig. 3.5-3 – Segunda parte do Código Main .............................................................................. 27Fig. 3.5-4 – Terceira parte do Código Main .............................................................................. 28Fig. 3.5-5 – Primeira parte da Validação da seqüência apertada. ............................................... 28Fig. 3.5-6 – Segunda parte da Validação da seqüência apertada. ............................................... 29Fig. 3.5-7 – Acender Seqüência de Leds. .................................................................................. 29Fig. 3.5-8 – Trata a Tecla Apertada........................................................................................... 30Fig. 3.5-9 – Beep. ..................................................................................................................... 31Fig. 3.6-1 – Protótipo do Equipamento ..................................................................................... 32Fig. 4.1-1 – Diagrama Eletrônico do Hardware......................................................................... 33Fig. 5-1 – Parte Interna da Caixa............................................................................................... 37Fig. 5-2 – Parte Externa da Caixa ............................................................................................. 37
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1-1 – Materiais para Realização do Projeto ................................................................. 34Tabela B-1 – Previsão de Custos do Projeto.............................................................................. 43
LISTA DE SIGLAS
A – Anodo
A/D – Analog-to-Digital Converter (Conversor Analógico Digital)
CI – Circuito Integrado
CISC – Complex Instructions set Computer (Computador com Conjunto Complexo de
Instruções)
CPU – Central Processing Unit. (Unidade Central de Processamento)
EEPROM – Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
E/S (I/Os) – Entradas/Saidas (Impit/Output)
JC – Jornal do Commercio
K – Cátodo
LCD – Liquid Crystal Display (Visor de Cristal Líquido)
LED – Light Emitting Diode (Diodo Emissor de Luz)
MHN – Museu Histórico Nacional
MIPS – Milhões de Instruções Por Segundo
NCET – Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas
PC – Personal Computer (Computador Pessoal)
PIC – Peripheral Integrated Controller (Controlador Integrado de Periféricos)
PS/2 – Personal System 2
PWM – Pulse Width Modulation (Modulação por Largura de Pulso)
RAM – Random Access Memory (Memória de Acesso Aleatório)
RISC – Reduced Instructions Set Computer (Computador com Conjunto de Instruções
Reduzidas)
RS232 – Recommended Standard 232
RTC – Real-Time Clock ( Relógio de Tempo Real)
UP – Universidade Positivo
USB – Universal Serial Bus
LISTA DE SÍMBOLOS
A – Amperes
h – Horas
KBits – Quilo Bits
mA – Mili Amperes
Mhz – Mega Hertz
– ohm
V – Volts
12
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
Os jogos podem ser vistos como um elemento binário na cultura do homem. Em determinadas
situações seu lado mau se sobressai, em outras o destaque vai para os aspectos bons. (ABREU,
2000)
A área má dos jogos é um tanto óbvia. Como tudo que gera prazer no homem, o jogo também pode
se tornar uma compulsão, trazendo prejuízos pessoais ao dependente. No entanto, o lado bom deles
vem sendo exaltado nas ultimas décadas. (ABREU, 2000)
Segundo BRENELLI (2000), o jogo é uma atividade particularmente poderosa para estimular a
atividade construtiva da criança. E de acordo com TEIXEIRA & MACHADO (1993), pessoas que
utilizam jogos educativos têm seus níveis de inteligência, raciocínio e memória aumentados.
Este projeto tem por objetivo desenvolver um jogo semelhante ao antigo jogo Genius da Estrela,
muito popular na década de 80 e que busca estimular a memorização de cores e sons. O brinquedo
Genius tem formato semelhante a um disco, possui quatro botões coloridos que emitem sons e se
iluminam em seqüência e cabe aos jogadores repetir o processo sem errar.
O projeto desenvolvido traz algumas modificações e inovações do antigo jogo. Uma de suas
modificações e a mais visível é sua aparência, que deixou de ser em forma de disco e passou a ter
forma retangular.
O projeto é composto por um microcontrolador PIC da microchip, que é o responsável pela lógica
do jogo, um buzzer para a emissão dos sons, um display para mostrar a melhor seqüência, dez
botões e quatro cores distintas de leds.
13
CAPÍTULO 2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo são abordados os principais temas para elaboração do projeto, tais como: Jogos, Jogo
Genius, Microcontrolador, Led, Display LCD, Buzzer, Kit PICGenios e Gravador PIC MicroICD.
2.1. Jogos
A palavra "jogo" se origina do vocábulo latino ludus, que significa diversão, brincadeira. O jogo é
reconhecido como meio de fornecer à criança um ambiente agradável, motivador, planejado e
enriquecido, que possibilita a aprendizagem de várias habilidades. A brincadeira infantil é um
importante mecanismo para o desenvolvimento da aprendizagem da criança.
O motivo de ter escolhido o tema “jogos” foi pelo fato de que eles possibilitam a criação de
ambientes de aprendizagem atraentes e gratificantes, constituindo-se num recurso poderoso de
estímulo para o desenvolvimento integral do aluno, permitindo o desenvolvimento de inúmeras
habilidades. (FALKEMBACH)
2.2. Jogo Genius
O jogo Genius foi o primeiro jogo eletrônico trazido para o Brasil na década de 80. O chip presente
na estrutura do brinquedo possui capacidade de memória e resposta, sendo o responsável direto pela
interatividade da brincadeira. O equipamento, como pode ser visto na Figura 2.1-1, uma espécie de
disco dividido em quatro gomos coloridos, emite uma seqüência de sons e cores que os
participantes devem repetir.
14
Fig. 2.2-1 – Jogo Genius da Estrela
Fonte: adaptada de MHN.
À medida que o jogo vai se desenrolando, aumenta a quantidade de cores que devem ser repetidas,
desenvolvendo a memória dos jogadores. O Genius possui três fases distintas, cuja diferença é
marcada pela velocidade com que as cores são alteradas. (JC ONLINE, 2000).
O motivo de ter escolhido o jogo Genius é pelo fato de ele se tratar de um jogo sobre memória, e ela
tem um papel importante no dia a dia do homem, mas esta sendo cada vez menos utilizada, as
facilidades do dia a dia estão aumentando e a utilização da memória é cada vez menor. (TEIXEIRA
& MACHADO, 1993).
2.3. Microcontrolador
Os microcontroladores podem ser definidos como um “pequeno” componente eletrônico, dotado de
uma “inteligência” programável, utilizado no controle de processos lógicos.
O controle de processos deve ser entendido como o controle de periféricos, tais como: led´s, botões,
display´s de cristal liquido (LCD), resistências, relês, sensores diversos (pressão, temperatura, etc.)
e muitos outros. São chamados de controles lógicos, pois a operação do sistema baseia-se nas ações
lógicas que devem ser executadas, dependendo do estado dos periféricos de entrada e/ou saída.
Os microcontroladores podem ser caracterizados por incorporarem internamente CPU, memórias de
programa e de dados e vários periféricos como, timers, watchdog timers, comunicação serial,
15
conversores analógicos digitais, geradores de pulso PWM, etc. Fazendo com que a aplicação final
fique extremamente compactada.
A vantagem de usar microcontrolador no lugar de microprocessador é que eles são mais simples e
existem vários modelos, facilitando assim para encontrar um microcontrolador com as
características ideais para os projetos. (MOSAICO).
2.3.1. Microcontroladores PIC:
PIC (Peripheral Integrated Controler) é o nome dado aos microcontroladores fabricados pela
Microchip. A Microchip tem diversas linhas de microcontroladores que chamamos de “família”,
assim temos a família 12C, 16F, 18F, etc... Cada uma dessas famílias tem uma base de programação
idêntica, as diferenças entre PICs da mesma família esta na disponibilidade de E/S, canais
analógicos, portas de comunicação, etc.
(MOSAICO).
2.4. LED
LED é a sigla em inglês para Light Emitting Diode, ou Diodo Emissor de Luz. O led é um diodo
semicondutor que quando energizado emite luz visível. A luz emitida é monocromática, sendo a
cor, portanto, dependente do cristal e da impureza de dopagem com que o componente é fabricado.
O led que utiliza o arsenieto de gálio emite radiações infra-vermelhas. Dopando-se com fósforo, a
emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a concentração. Utilizando-se fosfeto de
gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida pode ser verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso
de outros materiais, consegue-se fabricar leds que emitem luz azul, violeta e até ultra-violeta.
Existem também os leds brancos, mas esses são geralmente leds emissores de cor azul, revestidos
com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado nas lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz
azul e emite a luz branca. Com o barateamento do preço, seu alto rendimento e sua grande
durabilidade, esses leds tornam-se ótimos substitutos para as lâmpadas comuns, e devem substituí-
las a médio ou longo prazo.
Em geral, os leds operam com nível de tensão de 1,6 a 3,3V. A característica de polarização direta
dos leds é semelhante à de um diodo semicondutor. O led não pode receber tensão diretamente entre
seus terminais, a corrente deve ser limitada para que o led não seja danificado. Assim, o uso de um
16
resistor limitador em série com o led é comum nos circuitos que o utilizam. (COMO TUDO
FUNCIONA).
2.4.1. Parâmetros de Funcionamento:
Os leds apresentam parametros de funcionamento que devem ser rigorosamente respeitados, sob
pena de não funcionamento ou ate da inutilização do componente, se forem ultrapassados. Os
principais limites dos leds são os seguintes:
Tensão Máxima Inversa;
Tensão Direta;
Corrente Máxima Direta.
2.4.1.1. Tensão Máxima Inversa:
Tensão maxima inversa é a tensão que o led suporta, quando inversamente polarizado. O importante
a saber quanto esse parametro é que, se tal tensão maxima for ultrapassada, o led queimara , ficando
completamente inutilizado. Ao contrário dos diodos comuns, que podem ser construidos para
resistir a tensão inversas muito altas, 100V, 500V, 1000V ou mais, a grande maioria dos leds nao
suportam tensão inversa alta, estando os limites normais entre 4 e 6 Volts. (COMO TUDO
FUNCIONA).
2.4.1.2. Tensão Direta:
Tensão direta é a tensão que deve ser aplicada ao led, em polarização direta, positivo no terminal A
(Anodo) e negativo no terminal K (Cátodo). Esse parâmetro, que tambem é chamado de queda de
tensão atraves do led, é normalmente baixo. A grande maioria dos leds existentes no mercado,
apresentam uma tensão direto entre 1,5 e 2V, dependendo de suas caracteristicas, principalmente de
sua cor, os vermelhos apresentam tensão direta menor que os verdes e amarelos. (COMO TUDO
FUNCIONA).
2.4.1.3. Corrente Máxima Direta:
Corrente máxima Direta é provavelmente o mais importante dos parâmetros, pois é responsável,
diretamente, também pela luminosidade máxima que se pode obter do componente. Representa a
maior corrente que o led pode suportar, sem queimar-se quando diretamente polarizado. A grande
17
maioria dos leds apresenta uma corrente máxima direta entre 40 e 50 mA. Esse parâmetro não deve
nunca ser ultrapasado, pois uma corrente mais intensa do que o componente pode suportar,
acarretará inicialmente, o seu sobreaquecimento e, imediatamente depois, sua ruptura ou queima. É
importante saber também que a luminosidade do led é diretamente proporcional à corrente que o
percorre, ou seja, quanto maior a corrente, mais intensa a luz é emitida, mas sempre com a corrente
dentro do máximo permitido. Embora a corrente máxima, supondo em torno de 40 mA, ocasione
luminosidade também maxima, isso nao quer dizer que o led não acenda com correntes menores.
Na verdade, o componente começa a emitir luz com corrente de uns poucos mili amperes. Com
apenas 5mA, por exemplo a luminosidade já bem razoável, podendo ser facimente notada. Devido a
esse importante parâmetro, que é a maxima corrente direta, os circuitos com leds necessitam de
resistores limitador. (COMO TUDO FUNCIONA).
2.5. Display LCD 16x02
Display (ou mostrador, em português) é um dispositivo para a apresentação visual de informações
em aparelhos eletrônicos, como calculadora, forno de microondas, etc. Os displays LCD 16x02
possuem 2 linhas de visualização com capacidade de mostrar até 16 caracteres em cada uma delas,
totalizando 32 caracteres na tela toda.
(DICIONÁRIO AURÉLIO)
2.6. Buzzer
Buzzer é um dispositivo de sinal sonoro normalmente eletrônico, utilizado em automóveis,
eletrodomésticos, jogos, etc... Quando alimentamos um buzzer com uma fonte de sinal, ele vibra
com a freqüência recebida, e emite um som como uma sirene ou alto-falante. A vantagem em
relação aos auto-falantes é que consome pouca energia em relação à potência sonora, sendo
facilmente alimentado com pequenas baterias.
2.7. Kit PICGenios
O Kit PICGenios que esta ilustrado na Figura 2.6-1, é uma ferramenta utilizada para desenvolver
projetos microcontrolados baseado na família PIC da microchip. Utilizando os recursos disponíveis,
quem utiliza o equipamento pode realizar os mais variados tipos de programas em linguagem
Assembly, C, BASIC ou Pascal, manipulando diversos periféricos tais como: LCD, USB, PS/2,
18
RS232, Conversores A/D, Teclado Matricial, RTC (Relógio de tempo Real), Acionamento PWM,
Sensor de Temperatura, Acionamento de Reles, entre outras.
Fig. 2.7-1 – Kit PICGenios
Fonte: MICROGENIOS
2.7.1. Características Básicas
Controle de displays LCD alfanumérico;
4 Displays de 7 segmentos;
Matriz de teclado com 12 teclas;
16 leds para controle lógico visual;
2 relés NA/NF para acionamento de cargas externas de 10A / 220VAC;
RTC – Relógio de Tempo Real com bateria;
Canal Serial RS232: Canal para comunicação serial com PC ou outras maquinas;
Canal PS/2 que permite ligar ao microcontrolador teclado de PC ou mouse para otimizar o
projeto eletrônico;
Acionamento de Buzzer.
A documentação completa do KIT pode ser adquirida no site da microgenios.
(MICROGENIOS)
2.8. Gravador PIC MicroICD
O gravador MicroICD que é apresentado na Figura 2.7-1 é um gravador via USB 2.0 de
microcontroladores PIC e dsPIC da Microchip. Suporta a família de microcontroladores PIC10F,
19
PIC16F, PIC18F e dsPIC30F, alem de gravar as EEPROM serial 24LCxxx e 93LCxxx microchip.
Este gravador é ideal para programar via USB o KitPICGenios da Microgenios.
(MICROGENIOS)
Fig. 2.8-1 – Gravador MicroICD
Fonte: MICROGENIOS
20
CAPÍTULO 3 – ESPECIFICAÇÃO DO PROJETO
Este capítulo descreve o desenvolvimento de um jogo de memória eletrônico. Este dispositivo
estimula à atenção não só de crianças como também de adultos pela memorização de cores e sons.
O sistema é constituído de um único módulo, composto por um microcontrolador PIC 18F452 da
microchip, que é o responsável pela lógica do jogo; um display LCD alfanumérico 16x02, para que
se posa visualizar a melhor seqüência; dez botões para que o usuário posa interagir com o
equipamento; um buzzer para a emissão dos sons e oito leds com quatro cores distintas para ser
exibida a seqüência a ser repetida.
Este projeto é baseado no antigo brinquedo Genius da Estrela, popular na década de 80. A
linguagem de programação utilizada no desenvolvimento do projeto é a linguagem C. O jogo conta
com sons específicos para cada botão da seqüência, velocidades diferentes para cada nível,
possibilidade de armazenar o valor da maior seqüência alcançada até o momento e o jogador pode
escolher entre o modo fácil e o modo difícil para jogar.
3.1. Especificação do Hardware
Os principais componentes para o desenvolvimento do projeto são:
Microcontrolador PIC 18F452
Suporte para o Microcontrolador
Placa de circuito impresso
Buzzer
Bateria
Display
Led´s
Botões
O microcontrolador juntamente com o software são os responsáveis por todo o controle e
tratamento de dados de entrada e saída, sendo que os botões, os led´s, o buzzer e o display fazem à
interface com o usuário. A Figura 3.1-1 ilustra o diagrama em blocos do hardware.
21
Fig. 3.1-1 – Diagrama em Blocos do Hardware
3.1.1. Microcontrolador PIC 18F452
O microcontrolador escolhido para o desenvolvimento do projeto foi o PIC 18F452 da microchip,
que possui memória FLASH de 32Kbits para a gravação de programas e dados. Dispensando assim
a utilização de memória externa para este projeto, tornando-o compacto. A programação pode ser
feita conectando o microcontrolador ao gravador MicroICD, que é ligado por meio da porta USB no
computador, onde o programa esta gravado. Sendo assim, possível desenvolver o projeto em
qualquer computador que possua o software de gravação e a porta USB.
Outras características do microcontrolador:
256 byte de EEPROM;
1536 bytes de memória RAM;
Display
Cor 3
Cor 2
Cor 1
Cor 4
Reset
Fácil
Difícil
Microcontrolador
PIC
Botões
Buzzer
Leds
22
Oscilador interno com clock de 4MHz;
8 entradas analógicas;
Watch Dog Timer.
A documentação completa pode ser adquirida no site da Microchip.
A pinagem do PIC 18F452 é apresentada na Figura 3.1.1-1.
Fig. 3.1.1-1 – Pinagem do Microcontrolador PIC 18F452
Fonte: PIC 18FXX2 DATASHEET, 2006.
3.2. Especificação do Firmware
O firmware é parte fundamental do projeto, sendo que nele está definida toda a lógica do jogo assim
como o controle sobre o hardware para efetuar a leitura dos botões pressionados e controlar os led’s
o buzzer e o display.
O firmware é responsável pela operação do microcontrolador que envia os sinais para que os led`s
pisquem, seus sons sejam emitidos por meio do buzzer, informações sejam mostradas no display e
também é responsável pela leitura dos dados que são enviados pelos botões. Quando o equipamento
é ligado o firmware inicializa todas as portas com seus respectivos valores.
23
3.3. Fluxograma
A Figura 3.3-1 ilustra a primeira parte do Fluxograma do Jogo.
Início
Gerar No aleatório, guardar na memória e armazenar o tamanho
da seqüência
Piscar seqüência gerada com som correspondente
Aguardar o jogador pressionar os botões
até atingir a quantidade mostrada
Armazenar na memória a seqüência
pressionada pelo jogador
Valores gerados são iguais aos pressionados?
Verificar modo selecionado
NãoSim
Verificar se é o primeiro erro
Fácil
Sim
11
Difícil
2
Não
Repetir ultima seqüência
gerada
Selecionar Modo
Fácil/Difícil
Mostrar no displayquantas
seqüências ele já acertou
Fig. 3.3-1 – Primeira parte do Fluxograma
24
A Figura 3.3-2 ilustra a segunda parte do Fluxograma do Jogo.
1
1 2
Se tamanho de seqüência acertada maior ou igual a
redorde_difícil
Se tamanho de seqüência acertada maior ou igual a
redorde_fácil
Letras_Nome igual a 3
Armazenar novo recorde_difícil
Mostrar recorde_difícil
Letras_Nome igual a 3
Armazenar novo recorde_fácil
Mostrar recorde_fácil
Sim
Não
Sim
Não
Sim
SimNãoNão
Mostrar no displayquantas
seqüências ele já acertou
Mostrar no displayquantas
seqüências ele já acertou
Entre com as 3 primeiras letras do seu
nome
Entre com as 3 primeiras
letras do seu nome
Fim
Fig. 3.3-2 – Segunda parte do Fluxograma
25
3.4. Funcionamento
Assim que o equipamento é ligado, o usuário opta por jogar em modo fácil ou difícil.
O modo fácil oferece uma nova chance para o jogador tentar acertar a seqüência após o primeiro
erro. Já no modo difícil o jogador não tem esta chance.
Depois de o usuário ter escolhido um dos dois modos, é gerado o primeiro elemento da seqüência e
armazenado na memória, em seguida a luz e o som correspondente são emitidos, afim de que o
jogador o repita apertando os botões. Conforme ele vai acertando vai sendo mostrado no display
para qual nível ele passou e a seqüência é repetida acrescida de um novo elemento. A cada dois
níveis o intervalo entre uma luz e outra fica menor, ou seja, a seqüência é mostrada mais
rapidamente.
Quando o jogador erra a primeira vez o programa verifica qual modo foi selecionado.
Se o modo foi o “fácil”, a ultima seqüência gerada é repetida e pode-se continuar jogando ate o
próximo erro; se for o “difícil” o jogo acaba.
Nos dois modos há a possibilidade de o jogador registrar seu recorde, que funciona da seguinte
maneira: o programa verifica se o nível atingido é igual ou maior ao recorde do respectivo modo, se
o nível for menor o jogo acaba, casa o nível seja igual ou maior o jogador pode colocar 3 letras para
se identificar como novo recordista, dentro de cada modo.
3.5. Diagrama de Estados
Como é possível observar na Figura 3.5-1 do diagrama de estados, assim que o equipamento é
ligado ele emite o som especifico, pisca todos os leds e passa para o estado “escolhendo nível”, e
permanece neste estado até que o jogador selecione o nível que deseja jogar e pressione a tecla OK.
Quando a tecla OK é pressionada acende-se o led da seqüência e o jogo avança para o estado
“jogando” e só sai deste estado quando a pessoa perde. Caso a pessoa tenha cometido os erros e sua
pontuação foi maior que o record armazenado, o jogo vai para o estado “gravando record” e fica
aguardando até que sejam selecionadas 3 letras para gravar como nome do recordista, após a
entrada das letras o jogo passa para o estado “mostrando record” e fica nele por 2 segundos e em
seguida o jogo se encerra. Porém se sua pontuação for menor que o record armazenado, o jogo vai
direto para o estado “mostrando record” onde fica por 2 segundos e em seguida o jogo se encerra.
26
A Figura 3.5-1 ilustra o Diagrama de Estados do Jogo.
Fig. 3.5-1 – Diagrama de Estados
Os diagramas representados pelas figuras 3.5-2 a 3.5-9 a seguir correspondem às funções criadas no
projeto, sendo que os diagramas das figuras 3.5-2, 3.5-3 e 3.5-4 fazem parte do código main; as
figuras 3.5-5 e 3.5-6 são utilizadas para fazer a validação da seqüência apertada; a figura 3.5-7 tem
a função de ascender a seqüência de leds; o diagrama 3.5-8 é o responsável por tratar a tecla
apertada pelo usuário; e finalmento o diagrama da figura 3.5-9 que aciona o buzzer.
27
As Figuras 3.5-2, 3.5-3 e 3.5-4 ilustram o código main.
LEGENDA: TATA() = Função Trata a tecla apertada
Fig. 3.5-2 – Primeira parte do Código Main
1
5
Caso contrário / Liga Led 1 e faz seu Beep
A0==0 && A0==0BA=1 && TA=1
2
6
Caso contrário / Liga Led 2 e faz seu Beep
A1==0 && A1==0BA=1 && TA=2
3
7
Caso contrário / Liga Led 3 e faz seu Beep
A2==0 && A2==0BA=1 && TA=3
4
8
Caso contrário / Liga Led 4 e faz seu Beep
A3==0 && A3==0BA=1 && TA=4
A4==0 && A4==0BA=1 && TA=5
A5==0 && A5==0BA=1 && TA=6
B1==0 && B1==0BA=1 && TA=7
B2==0 && B2==0BA=1 && TA=8
B3==0 && B3==0BA=1 && TA=9
Alfa
Alfa
Alfa
Alfa
Alfa
Alfa
Alfa
Alfa
Alfa
Beep9
Beep9
Beep9
Beep9
Beep9
Se estiver Jogando, no Nível Difícil e o valor gerado for 4 /
Liga Led 5 e faz seu Beep
Se estiver Jogando, no Nível Difícil e o valor gerado for 5 /
Liga Led 6 e faz seu Beep
Se estiver Jogando, no Nível Difícil e o valor gerado for 6 /
Liga Led 7 e faz seu Beep
Se estiver Jogando, no Nível Difícil e o valor gerado for 7 /
Liga Led 8 e faz seu Beep
LEGENDA:BA = Botão ApertadoTA = Tecla Apertada
Fig. 3.5-3 – Segunda parte do Código Main
28
LEGENDA:BA = Botão Apertado
TA = Tecla Apertada ASL() = Função Acende a seqüência de leds
Fig. 3.5-4 – Terceira parte do Código Main
As Figuras 3.5-5 e 3.5-6 são utilizadas para fazer a validação da seqüência apertada.
LEGENDA:VSA() = Função Valida a Seqüência Apertada;QDVD = Quantidade de Valores Digitados;QDV = Quantidade de Valores;VDL = Velocidade dos leds.
Fig. 3.5-5 – Primeira parte da Validação da seqüência apertada.
29
Fig. 3.5-6 – Segunda parte da Validação da seqüência apertada.
A Figura 3.5-7 tem a função de ascender à seqüência de leds;
LEGENDA:QDV = Quantidade de Valores;ASDL() = Função Acende a seqüência de leds.
Fig. 3.5-7 – Acender Seqüência de Leds.
30
A Figura 3.5-8 é responsável por tratar a tecla apertada pelo usuário
LEGENDA:TATA() = Função Trata a tecla apertada;
OQEF = O que estou fazendo; TA = Tecla Apertada; VR[] = Valor Randomico;
VD[]= Valor Digitado;VSA() = Função Valida a Seqüência Apertada;ASDL() = Função Acende a seqüência de leds.
Fig. 3.5-8 – Trata a Tecla Apertada.
31
A Figura 3.5-9 representa o acionamento do buzzer.
Fig. 3.5-9 – Beep.
3.6. Protótipo do Projeto
O protótipo tem em sua parte interna o circuito do projeto e em suas partes externas os botões de
acesso, o visor (display) e os leds.
A Figura 3.6-1 ilustra o Protótipo do Equipamento.
32
Fig. 3.6-1 – Protótipo do Equipamento
33
CAPÍTULO 4 – DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO
O desenvolvimento e implementação envolvem tanto Hardware quanto Software, que neste caso é
chamado de Firmware, pois a programação controla diretamente o hardware e está armazenado na
memória do próprio chip, ou seja, dentro do microcontrolador. A linguagem de programação
utilizada no desenvolvimento do projeto é a linguagem ´C`.
4.1. Hardware
O hardware do sistema é formado basicamente de um microcontrolador que é interligado com um
display LCD 16x02, no qual são mostradas algumas informações referentes ao jogo. O
microcontrolador também esta interligado com os leds e o buzzer, que são os sinalizadores do
sistema, e com os botões para que possam ser repetidas as seqüências indicadas anteriormente.
O microcontrolador como mostra a Figura 4.1-1, é o responsável por todo o processamento do
sistema. Nele estão ligados os leds (led1 até led8) que piscam suas cores correspondentes, por
exemplo, azul, verde, vermelho, alaranjado; o buzzer que emite um som especifico para cada led
quando eles piscam. Os botões para que os dados sejam enviados para o microcontrolador e serem
processados. Com os botões o usuário também pode escolher o modo que deseja jogar.
Fig. 4.1-1 – Diagrama Eletrônico do Hardware
34
No equipamento o usuário tem acesso a 10 (dez) botões. Dos quais 2 (dois) são para escolher entre
o modo que a pessoa quer jogar Fácil ou Difícil. 4 (quatro) botões com leds que são utilizados para
repetir a seqüência logo após ela ser apresentada. Outros 3 (três) botões são utilizados quando o
jogador acaba o jogo e sua pontuação é maior que a pontuação registrada na memória, desses 3
(três) botões 2 (dois) são utilizados para alternar entre as letras que o usuário deseja gravar para
identificar seu recorde e o terceiro botão é utilizado para selecionar a letra que esta sendo mostrada
no display. E o ultimo botão que tem a função de reset.
A vantagem de utilizar o microcontrolador PIC 18F452 neste projeto é que ele possui memória
flash de 32K, dispensando assim a utilização de memória externa para o projeto, pois o código final
chegou a 27K. E a desvantagem é que muitos recursos que o microcontrolador oferece acabam
sendo inutilizados, porém seu custo em relação a outros microcontroladores é compensado.
O consumo de energia do projeto ficou em torno de 40mA, com a bateria de 9V e 900mA utilizada
no projeto, pode-se jogar por 22 horas e 30 minutos.
A Tabela 4.1-1 apresenta a lista de materiais para a realização do projeto.
TABELA 4.1-1 - Materiais pra Realização do Projeto
Quantidade Material
1 Bateria
10 Botões
1 Buzzer
1 Display LCD 16x02
8 LED`s
1 Microcontrolador PIC18F452
1 Placa de circuito impresso
33 Resistores
1 Suporte para Microcontrolador 40 pinos
1 Trimpot
1 Oscilador com clock de 16Mhz
Tabela 4.1-1 – Materiais para Realização do Projeto
35
4.2. Firmware
Quando o equipamento é ligado, o firmware inicializa todas as portas do hardware e assim que as
portas são iniciadas é exibida a mensagem para que se selecione o modo que deseja jogar. (Fácil /
Difícil). Em seguida é gerado um numero aleatório, guardado na memória e armazenado o tamanho
da seqüência. A seqüência gerada é emitida pelos leds com seus sons correspondentes emitidos pelo
buzzer. O firmware aguarda até que o jogador pressione a quantidade de botões que foi mostrada na
seqüência e armazena na memória a seqüência pressionada pelo jogador. Depois é feita a
verificação dos valores pressionados pelo usuário com os valores gerados pelo código. Se os valores
que foram fornecidos pelo jogador são os mesmos que o apresentado, o jogo mostra no display
quantas seqüências o jogador já acertou e o jogo continua, caso contrário é feita a verificação do
modo escolhido.
Se o modo escolhido foi o difícil é exibido no display quantas seqüências ele acertou e verifica se o
tamanho da seqüência acertada é maior ou igual à recorde_difícil. Se for maior ou igual é solicitado
para que o jogador entre com as 3 (três) primeiras letras do seu nome e verifica se a quantidade de
letras é igaul a 3(três) caso positivo ele armazena o novo record_difícil, exibe o recorde_difícil e
finaliza o jogo. Se o tamanho da seqüência for menor o jogo acaba.
Se o modo escolhido foi o fácil o jogo verifica se é o primeiro erro, caso positivo repete a ultima
seqüência gerada e o jogo continua. Caso não seja mais o primeiro erro é exibido no display quantas
seqüências já acertou e verifica se o tamanho da seqüência acertada é maior ou igual à
recorde_facíl. Se for maior ou igual é solicitado para que o jogador entre com as 3 (três) primeiras
letras do seu nome e verifica se a quantidade de letras é igaul a 3(três) caso positivo ele armazena o
novo record_facíl, exibe o recorde_facíl e finaliza o jogo. Se o tamanho da seqüência for menor o
jogo acaba.
4.3. Testes
Para realizar os testes inicias do projeto foi utilizado o Kit PICGenios da microgenios e o gravador
MicroICD também da microgenios. O software utilizado na gravação do PIC foi o PICKit2 V2.40,
adquirido junto com o KitPICGenios.
Com o Kit PICGenios é possível testar todas as funções do projeto antes da construção do
equipamento.
36
CAPÍTULO 5 – VALIDAÇÃO E RESULTADOS
Este capítulo apresenta os testes realizados na construção do projeto e os resultados obtidos. Para
confirmar sua validação um grupo de mais de 20 pessoas jogaram pelo menos uma partida em cada
nível, para testar seu funcionamento e obterem-se os resultados.
Os testes foram feitos primeiramente com o Kit PICGenios da microgenios, onde foram testados
todos os periféricos utilizados no projeto, como o display, os leds, os botões e o buzzer. Para leitura
dos botões pressionados foi gasto um tempo extra e também com os testes do display, pois foi
criado o protocolo de comunicação entre as partes que envolvem o envio de bytes de instruções e
bytes de dados.
Depois de ter realizado os testes de todos os periféricos do projeto no Kit e com os códigos já
desenvolvidos, foi feita a montagem dos circuitos em protoboard, como o circuito não apresentou
nenhum problema de funcionamento, foi feita a confecção da placa e montado em sua caixa.
O software foi constantemente ajustado até se obter bons resultados, com o tempo para piscar os
leds e com a leitura dos botões pressionados.
Apesar dos sons do equipamento terem ficado um pouco baixo, a validação do jogo foi positiva,
pois durante todas as jogadas ele não apresentou problemas com a programação ou mau
funcionamento de hardware.
O protótipo foi montado em uma caixa do fabricante patola, que comportou todo o circuito como
pode ser observado nas figuras 5-1 e 5 -2.
37
Fig. 5-1 – Parte Interna da Caixa
Fig. 5-2 – Parte Externa da Caixa
A validação do projeto como foi mencionado no inicio deste capítulo foi feita com um grupo de
mais de 20 pessoas que jogaram pelo menos uma partida em cada nível, durante as semanas que
antecederam a apresentação do projeto, confirmado assim sua validação.
38
CAPÍTULO 6 - CONCLUSÃO
Este projeto foi desenvolvido, a partir da proposta explicada no capítulo 3 de desenvolver um jogo
de memória eletrônico com o objetivo de estimular a atenção e memorização das pessoas, através de
cores e sons.
Com a validação apresentada no capítulo 5, pode-se concluir que o equipamento mostrou-se estável
e eficiente no que foi proposto. A utilização ficou bem simples e independente de treino para o
usuário.
Apesar das dificuldades encontradas no inicio do projeto para programar o microcontrolador PIC,
principalmente com a leitura das teclas. O projeto mostrou-se bastante eficiente com relação ao que
foi proposto e o objetivo de desenvolver um jogo de memória eletrônico para estimular a
memorização de cores e sons, foi alcançado.
Como melhorias futuras, são propostas alterações na alimentação do buzzer de forma que permita
proporcionar sons mais altos e colocá-lo na parte externa da caixa, reduzir o tamanho da caixa para
facilitar o manuseio durante o jogo, definir um tempo para serem pressionados os botões após a
exibição da seqüência e ajustar a mesma intensidade de luz dos leds para não causar mudanças
bruscas que atrapalha na visualização.
De forma geral conclui-se que o equipamento apresentou bom funcionamento e que ele estimula a
memorização.
39
CAPÍTULO 7 - REFERÊNCIAS
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<http://andredeabreu.com.br/site_antigo/txt_videogamebemoumal.htm> Acesso em: Abril de 2008.
ANDRADE, F. S.; OLIVEIRA, A. S. Sistemas Embarcados: Hardware e Firmware na Prática.
Editora Érica Ltda. 2006.
BRENELLI, R. P. O Jogo como Espaço para Pensar: A Construção de Noções Lógicas e
Aritméticas. Editora Papirus. 2000
COMO TUDO FUNCIONA, Como funcionam os LEDs. Disponível em:
< http://eletronicos.hsw.uol.com.br/led1.htm> Acesso em: Abril de 2008.
DICIONÁRIO AURÉLIO, Display. Novo Dicionário Eletrônico Aurélio versão 5.0. Editora
Positivo.
ELECTRÓNICA, Pilhas e Baterias. Disponível em:
< http://www.electronica-pt.com/index.php/content/view/40/39/> Acesso em: Abril de 2008.
FALKEMBACH, G. A. M, Desenvolvimento de Jogos Educativos Digitais. Disponível em:
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2008.
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Abril de 2008.
40
MICROGENIOS, Shop Online Microgenios. Disponível em: <http://www.microgenius.com.br>
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MOSAICO, Informações F.A.Q.. Disponível em: <http://www.mosaico-
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2008.
PANASONIC, Panasonic Ideas for Life Brasil, Disponível em:
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<http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e8/LEDs.jpg/800px-LEDs.jpg>. Acesso
em: Abril de 2008.
