南怀仁在《观测之书》和《欧洲天文学》中简要描述了他使用的仪器。青铜象限仪的半径为2.6中国尺，每度又分为60′，装在一个带三个调解螺钉的桌子上。铁纪限仪的半径为5或6几何尺①，带有青铜支翼、照准器和中心管，弧刻度的每度分为60′。“黄道春秋分浑仪”的直径2.5尺(一中国尺约等于一古罗马尺)的。春分点和秋分点是黄道环与赤道环交点，“春秋分”暗示着赤道环的存在。由此推测，黄道春秋分浑仪就是明末《崇祯历书》中所说的“黄赤全仪”。

我们可以肯定，仪器是前人留下的!旧的圭表和赤道浑仪是明朝使用的中国式装置。黄道春秋分浑仪、青铜象限仪、铁纪限仪和天球仪等欧洲式仪器应当是邓玉函(Jean Terrenz，1576-1630)、汤若望和罗雅谷主持试制的，它们起初可能被安放在历局或传教士的住处，后来曾被移到观象台。黄道浑仪或许是明末制造的黄赤全仪。 不过，南怀仁所说的尺寸与徐光启(1562-1633)造仪计划所说的尺寸不同。或许徐光启的计划在执行时曾被修改，可能性更大的是南怀仁对仪器尺寸的描述有误，甚至把自己后来制造的的仪器误记为别人的作品。据考证，拉丁文的《观测之书》在1671年或稍晚时与《测验纪略》一起出版过[5]，那时南怀仁还没有制造完新仪器。

我们再看一看南怀仁在1674年的一段说明：

“康熙己酉八年正月初三日[1669年2月3日]，是日立春”，“于本日午正，仁测得太阳，依象限仪，在地平上三十三度四十二分;依纪限仪，离天顶正南五十六度十八分;依黄道经纬仪，在黄道线正中，在冬至后四十五度零六分，在春分前四十四度五十四分;依赤道经纬仪，在冬至后四十七度三十四分，在春分前四十二度二十六分，在赤道南十六度二十一分;依天体仪，于立春度分所立置表，则表对太阳而全无影;依地平所立八尺零五寸表，则太阳之影长一丈三尺七寸四分五厘。六仪并用而恭互之，而立春一节皆合于预推定各仪之度分如此;则历凡所推之节气，其合于天行无疑矣。然非籍有合法之仪，又何从测而得之?”[6]

如果南怀仁没有记错日期的话，上述引文所说的仪器肯定是汤若望时期留下的仪器。在六架仪器中，有圭表，无地平经仪。黄道春秋分浑仪被写为“黄道经纬仪”，赤道浑仪改称“赤道经纬仪”，天球仪得名“天体仪”，而“表”则是中国传统的圭表。有学者认为，2月3日南怀仁所用观测工具是预先制造的木模[7]。这种猜测缺乏足够的依据，并且与南怀仁自己的描述相左。

1668年底和1669年2月的观测使传教士命运有了转机。由于杨、吴等所做推算与实测不符，而南怀仁据圭表观测和西法所做的推算皆与观象台的实测一致，1669年3月11日礼部建议授南怀仁钦天监监正，但南怀仁推辞不就。4月1日康熙帝下旨任命南怀仁负责“治理历法”。

欧洲人编算历书时采用60进位制，分周天为360°，引入黄道坐标等。若继续使用中国传统仪器的刻度，就要做繁复的换算。南怀仁决定把360又1/4度和百刻制改为便于划分刻度的360°制和60进位制。

观象台的明朝圭表、简仪和赤道浑仪年久失修，零部件形状有所变化，因而精度会降低。早在康熙七年(1668年)七月，南怀仁的对手、钦天监监副吴明烜就指出：“推历以黄道为验，黄道以浑仪为准。今观象台浑仪损坏，亟宜修整”[8]。因此，他曾提议为观象台添造一件“滚球铜盘”。

尽管南怀仁夸赞1668年底和1669年2月所用的黄道浑仪、赤道浑仪、象限仪、纪限仪等“尺寸合适，完全适合于精确的观测”[9]，但还是计划另造新仪器。康熙八年(1669年)五月，他在奏章中说：

“恭遇我皇上面询臣艺业，如测量奇器等制。臣少时涉猎系所长，容臣按图规制各样测天仪器，节次殚心料理，以备皇上采择省览。”[10]