若工作正常，则显示通过信息或发出相应声音；否则，运行自诊断程序，进一步检查仪器的哪一部分出了故障，并显示相应的信息。若仪器中考虑了替换方案，则经内部协调和重组还可自动修复。
(7)自补偿自适应：智能仪器能适应外界的变化。比如，能自动补偿环境温度、压力等对被测量值的影响，能补偿输入的非线性，并根据外部负载的变化自动输出与其匹配的信号等等。
(8)自校准自学习：智能仪器常常通过自校准(校准零点、增益等)来保证自身的准确度。不仅如此，它们还能通过自学习学会处理更多更复杂的测控程序。
1.4智能仪器的研制步骤
研制一台智能仪器大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟制设计方案阶段；硬件、软件研制及仪器结构设计阶段；仪器总调、性能测定阶段。
1.4.1确定任务、拟制设计方案
1.4.1.1确定设计任务和仪器功能
首先确定仪器所要完成的任务和应具备的功能。例如仪器是用于过程控制还是数据处理，其功能和精度如何；仪器输入信号的类型、范围和处理方法；过程通道为何种结构形式，通道数是多少，是否需要隔离；仪器的显示格式如何，是否需要打印输出；仪器是否具有通信功能，并行还是串行；仪器的成本应控制在多少范围之内等等，以此作为仪器软、硬件的设计依据。另外，对仪器的使用环境情况及制造维修的方便性要给予充分注意。设计人员在对仪器的功能、可维护性、可靠性及性能价格比综合考虑的基础上，提出仪器设计的初步方案，并将其写成“仪器功能说明书(或设计任务书)”的形式。功能说明书主要有以下三个作用：
(1)作为用户和研制单位之间的合约，或研制单位设计开发仪器的依据。
(2)规定仪器的功能和结构，作为研制人员设计硬件、编制软件的基础。
(3)作为将来验收时的依据。
1.4.1.2完成总体设计，确定硬件类型和数量
通过调查研究对方案进行论证，以完成智能仪器的总体设计。在此期间应绘制仪器系统总图和软件总框图，拟订详细的工作计划。完成总体设计之后，便可将仪器的研制任务按功能模块分解成若干课题(子任务)，去做具体的设计。
主机电路是智能仪器的核心，为确保仪器的性能指标，在选择单片机(或其他微处理器)时，需考虑字长和指令功能寻址范围与寻址方式，位处理和中断处理能力，定时计数和通信功能，内部存储器容量的大小，硬件配套是否齐全，以及芯片的价格等等。
典型的单片机有Intel公司的MCS51/52、MCS96等系列，Motorola公司的MC6805、MC68HC05、MC68C11，MC68HC16等系列。
在内存容量要求不大、外部设备要求不多的智能仪器中，采用8位单片机较为适宜。若要求仪器运算功能强、处理精度高、运行速度快，则可选用16位单片机。本书以国内应用最普遍的MCS51单片机为例进行介绍。
在智能仪器所需的硬件中，输入输出通道往往占有很大的比重，因此在估计和选择输入输出所需的硬件时，应考虑输入输出通道数，串行操作还是并行操作，数据的字长、传输速率及传输方式等等。
由于硬件和软件具有互换性，设计人员要反复权衡仪器硬件和软件的比例。
多使用硬件可以简化软件设计工作，并使装置的性能得到改善。然而，这样会增加元器件数，成本相应提高。若采用软件来代替一部分硬件功能，虽可减少元器件数，但将增加编程的复杂性，并使系统的速度相应降低。所以，应当从仪器性能、软件成本、软件费用、研制周期等各方面考虑，对硬、软件比例做出合理的安排，从而确定硬件的类型和数量。
1.4.2硬件、软件研制及仪器结构设计
1.4.2.1硬件电路设计、研制和调试
硬件电路的设计包括主机电路、过程输入输出通道、人机接口电路和通信接口电路等功能模板。为提高设计质量，加快研制速度，通常采用计算机辅助设计(CAD)方法绘制电路逻辑图和布线图。设计电路时尽可能采用典型线路，力求标准化；电路中的相关器件性能需匹配；扩展器件较多时需设置线路驱动器；为确保仪器能长期可靠运行，还需采取相应的抗干扰措施，包括去耦滤波、合理走线、通道隔离等。
完成电路设计、绘制好布线图后，应反复核对，确认线路无差错，才可加工印刷电路板。
制成电路板后仍需仔细校核，以免发生差错，损坏器件。
由于主机部分是通过各种接口与键盘、显示器、打印机等部件相连接，并通过输入输出通道经测量元件和执行器直接连接被测和被控对象，因此，人机接口电路和输人输出通道的设计是研制仪器的重要环节，要力求可靠实用。
如果逻辑电路设计正确无误，印刷电路板加工完好，那么功能模板的调试一般来说是比较方便的。模板运行是否正常，可通过测定一些重要的波形来确定。例如可检查单片机及扩展器件中几个控制信号的波形与硬件手册所规定的指标是否相符，由此断定其工作正常与否。
通常采用开发工具来调试硬件，将其与功能模板相连，再编制一些调试程序，即可迅速排除故障，较方便地完成硬件部分的查错和调试任务。
1.4.2.2应用软件设计、程序编制和调试
将软件总框各个功能模块具体化，逐级画出详细的框图，作为编制程序的依据。
编写程序可用机器语言、汇编语言或各种高级语言。究竟采用何种语言则由程序长度、仪器的实时性要求及所具备的研制工具而定。对于规模不大的应用软件，大多采用汇编语言编写，这可减少存储容量，降低器件成本，节省机器时间。研制较复杂的软件且运算任务较重时，可考虑使用高级语言来编程。C51、C96交叉编译软件是近年来较为流行的一种软件开发工具。它)采用C语言编写源程序，编程方便，软件可读性强，易于修改和扩充。该软件功能强，编译效率高，有助于开发规模大、性能更完善的应用软件。编完程序，经汇编或编译生成目标码，再经调试通过后，可直接写入EPROM。
软件设计要注意结构清晰，存储区规划合理，编程规范，便于调试和移植。同时，为提高仪器可靠性，应实施软件抗干扰措施。在程序编制过程中，还必须进行优化工作，即仔细推敲、合理安排利用各种程序设计技巧，使编出的程序所占内存空间较小，执行时间较短。
编制和调试应用软件同样使用开发工具，利用开发装置丰富的硬件和软件系统来编程和调试，可提高工作效率及应用软件的质量。
1.4.2.3仪器结构设计
结构设计是研制智能仪器的重要内容，包括仪器造型、壳体结构、外形尺寸、面板布置、模板固定和连接方式等，要尽可能做到标准化、规范化、模块化。若采用CAD方法进行仪器结构设计，则可取得较好的效果。此外，对仪器使用的环境情况和制造维护的方便性也应给予充分注意，使制成的产品既美观大方，又便于用户操作和维修。
1.4.3仪器总调、性能测定
研制阶段只是对硬件和软件进行了初步调试和模拟试验。样机装配好后，还必须进行联机试验，识别和排除样机中硬件和软件两方面的故障，使其能正常运行。待工作正常后，便可投入现场试用，使系统处于实际应用环境中，以考验其可靠性。在总调中还必须对设计所要求的全部功能进行测试和评价，以确定仪器是否符合预定性能指标，并写出性能测试报告。若发现某项功能或指标达不到要求时，则应变动硬件或修改软件，重新调试，直至满足要求为止。
研制一台智能仪器大致需要经历上述几个阶段。经验表明，仪器性能的优劣和研制周期的长短同总体设计是否合理、硬件选择足否得当、程序结构的好坏、开发工具完善与否以及设计人员对仪器结构、电路、测控技术和微机硬、软件的熟悉程度等有关。在仪器开发过程中，软件设计的工作量往往比较大，而且容易发生差错(特别是在用汇编语言编程时)，应当尽可能采用结构化设计和模块化方法编制应用程序，这对查错、调试、增删程序十分有利。
实践证明，设计人员如能在研制阶段把住硬、软件的质量关，则总调阶段将能顺利进行，从而可及早制成符合设计要求的样机。
在完成样机之后，还要进行设计文件的编制。这项工作十分重要，因为这不仅是仪器研制工作的总结，而且是以后仪器使用、维修以及再设计的需要。因此，人们通常把这一技术文件列入智能仪器的重要软件资料。
设计文件应包括：设计任务和仪器功能描述；设计方案的论证；性能测定和现场使用报告；使用者操作说明；硬件资料(包括硬件逻辑图，电路原理图，元件布置和接线图，接插件引脚图和印刷线路板图)；程序资料(包括软件框图和说明，标号和子程序名称清单，参量定义清单，存储单元和输入输出口地址分配表以及程序清单)。
思考与练习题1
1.仪器仪表发展至今经历了哪些阶段？
2.什么是智能仪器？智能仪器的主要特点是什么？
3.画出智能仪器通用结构框图，说明每部分的作用。
4.什么是虚拟仪器和网络化仪器？它们各自的主要特点是什么？
5.在智能仪器设计时，如何实现软硬件合理分工？
