智能仪器的硬件基本结构如图 1 所示。传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关，将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经 A/D 转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理（如非线性校正等），运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内 Flash ROM（闪速存储器）或 E²PROM（电可擦除存贮器）内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求输出相应的控制信号（如报警装置触发、继电器触点等）。此外，智能仪器还可以与 PC 机组成分布式测控系统：由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——PC 机，由 PC 机进行全局管理。
编者注：原文图 1 未随网络版保存。
随着微电子技术的不断发展，集成了 CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至 A/D、D/A 转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片（即单片机）出现了。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的"智能化测量控制系统"，也就是智能仪器。
与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：
80 年代，微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展，测量系统常通过 IEEE-488 总线连接，不同于传统独立仪器模式的个人仪器得到了发展。
90 年代，仪器仪表的智能化突出表现在以下几个方面：微电子技术的进步更深刻地影响仪器仪表的设计；DSP 芯片的问世使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展使仪器仪表具有更强的数据处理能力；图像处理功能的增加十分普遍；VXI 总线得到广泛的应用。
近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上已经出现了多种多样智能化测量控制仪表，例如：能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计，能够进行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字 PID 和各种复杂控制规律的智能式调节器，以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。
国际上智能测量仪表更是品种繁多。例如：美国 HONEYWELL 公司生产的 DSTJ-3000 系列智能变送器能进行差压值状态的复合测量，可对变送器本体的温度、静压等实现自动补偿，其精度可达到 ±0.1%FS；美国 RACA-DANA 公司的 9303 型超高电平表利用微处理器消除电流流经电阻所产生的热噪声，测量电平可低达 -77dB；美国 FLUKE 公司生产的超级多功能校准器 5520A 内部采用了 3 个微处理器，其短期稳定性达到 1ppm，线性度可达到 0.5ppm；美国 FOXBORO 公司生产的数字化自整定调节器采用了专家系统技术，能够像有经验的控制工程师那样根据现场参数迅速地整定调节器，这种调节器特别适合于对象变化频繁或非线性的控制系统——由于能够自动整定调节参数，可使整个系统在生产过程中始终保持最佳品质。
微型智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处理、控制信号的输出、放大、与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪器随着微电子机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。它不但具有传统仪器的功能，而且能在自动化技术、航天、军事、生物技术、医疗领域起到独特的作用。例如，目前要同时测量一个病人的几个不同的参量并进行某些参量的控制，通常病人的体内要插进几个管子，这增加了病人感染的机会；微型智能仪器能同时测量多参数而且体积小、可植入人体，使得这些问题得到解决。
多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上（如准确度）比专用脉冲发生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。
